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5.4 环境因素参与调节植物的生命活动
【问题探讨】
种子萌发后，根向地生长。如果将幼苗横过来，茎会弯曲向上生长，根则弯曲向下生长。
讨论:
1.茎和根的生长是受哪种因素调节的？
是由重力因素调节的。
根和茎很可能会继续横向生长，因为太空中几乎没有重力。
2.如果将该幼苗横放在太空中的“天宫二号”内，它的根、茎可能会怎样生长？为什么？
光是植物进行光合作用的能量来源。
对于植物来说，光只是起提供能量的作用吗？
环境因素参与调节植物的生命活动。
一. 光对植物生长发育的调节
资料1 少数植物（如烟草和莴苣）的种子需要在有光的条件下才能萌发，有些植物（如早熟禾和毛蕊花）的种子在有光条件下萌发得好一些，还有一些植物（如洋葱和番茄）的种子萌发，则受光的抑制。研究发现，萌发的需要光的种子一般比较小，储藏的营养物质也很少。
不是。光参与调节许多植物的种子萌发过程。
讨论:
毛蕊花
1. 那些需要光才能萌发的种子是需要光照给种子萌发提供能量吗？
讨论:
资料2 豆芽是在黑暗的环境中培育的，它的细胞中不含有叶绿素，茎（实际上很大一部分是下胚轴）比在光下要长很多。豆芽一旦见光，就会发生形态变化并长成豆苗。
2. 从豆芽到豆苗，光对植物的颜色和形态有什么影响？
光既促进叶绿素的合成从而使豆苗变成绿色，也会影响豆苗的形态。
一. 光对植物生长发育的调节
资料3 很多植物的开花与昼夜长短有光。例如，菠菜只有白天长度超过13小时才开花;菊、水稻则要在白天短于一定的时长才开花。当然，也有不少植物的开花与昼夜长短没有关系，比如黄瓜、棉花、向日葵等。
讨论:
3. 有些植物根据昼夜长短“决定”是否开花，是哪种环境因素在起作用？这与植物激素的分泌有关系吗？
是光照时长(黑暗时长)在起作用；与植物激素的分泌有关。
一. 光对植物生长发育的调节
①长日照植物
②短日照植物
【拓展】光调节植物开花(日照长短)
③日中性植物
有些长日照植物或短日照植物对日照长度要求不十分严格
④长短日植物: 需要经过长日照后在接受短日照才能开花，如芦荟、落地生根
⑤短长日植物: 需要经过短日照后在接受长日照才能开花，如瓦松、风铃草
推测: 一个周期中连续黑暗时间决定是否开花。
【拓展】光调节植物开花的具体机制
无论是长日照植物还是短日照植物，感受光周期刺激的部位都是叶片。
萌发需要光照的种子一般较小，这是对环境的适应
一一萌发后能立即进行光合作用，从而避免在无光条件下萌发后“饿死”；植株在生长、开花过程中，跟随着光照的节奏，能保证生命活动正常进行，能保证正常地繁行后代，这也是植物对环境的适应。
讨论:
4. 种子发芽，植株生长、开花接受光的调控，是如何体现植物对环境的适应的？
一. 光对植物生长发育的调节
在自然界中，种子的萌发、植株的生长、开花、衰老，等等，都会受到光的调控。植物的向光性生长，实际上也是植物对光刺激的反应。光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。
植株
生长
开花
衰老
种子
萌发
均受到
光的调控
一. 光对植物生长发育的调节
1.光对植物生长发育的两种作用
(1)光是植物进行光合作用的____________；
(2)光作为一种_____，_____、____植物生长、发育的全过程；
能量来源
信号
影响
调控
植物能够对光作出反应，表明植物可以感知光信号，并据此调整生长发育，那么植物是怎样感受到光照的呢？
植物具有能接受光信号的分子，例如: 光敏色素
一. 光对植物生长发育的调节
2. 植物具有接受光信号的分子——光敏色素(其中的一种)
(1) 化学本质: 蛋白质(色素—蛋白复合体)
感光区域
酶活性
区域
一. 光对植物生长发育的调节
光敏色素
2. 植物具有接受光信号的分子——光敏色素(其中的一种)
(1) 化学本质: 蛋白质(色素—蛋白复合体)
(2) 分布: 植物的各个部位，其中在分生组织的细胞内比较丰富。
(3) 吸收光的类型: 主要是红光和远红光。
一. 光对植物生长发育的调节
植物体内除了光敏色素，还有感受蓝光的受体。可以认为，环境中的红光、蓝光，对于植物的生长发育来说，是非常关键的。
2. 植物具有接受光信号的分子——光敏色素(其中的一种)
(1) 化学本质: 蛋白质(色素—蛋白复合体)
(2) 分布: 植物的各个部位，其中在分生组织的细胞内比较丰富。
(3) 吸收光的类型: 主要是红光和远红光。
一. 光对植物生长发育的调节
化学本质 作用 分布 合成条件
光合色素
光敏色素
不是蛋白质
蛋白质
吸收、传递、转化光能
光的受体，信号分子
叶绿体类囊体薄膜
各个器官，尤其是分生组织细胞中
叶绿素的合成需要光照
有无光均可
3.光调控植物生长发育的反应机制
一. 光对植物生长发育的调节
【检测1】自然界中，植物开花需要光信息刺激，当日照时间达到一定长度时，植物才能开花，下列相关说法错误的是(　　)
A. 植物对日照时间的感知跟光敏色素有关
B. 该现象说明光作为信号影响植物生长发育的全过程
C. 日照时间对植物开花的调节本质上是对基因程序性表达的调控
D. 可以通过人为地控制光照时间达到使花卉分批上市的目的
B
【检测2】如图是植物体生长和休眠的部分调节过程，下列相关说法不正确的是( )
A.GA与ABA的产生从根本上来说是植物基因组选择性表达的结果
B.GA与ABA的效应在一定程度上相拮抗，共同对植物的生长发育起调节作用
C.GA与ABA的产生受光照的影响
D.GA与ABA在植物不同器官和组织中的含量往往相同
D
讨论
资料1 温带地区，树木年复一年地加粗，构成一圈圈的年轮，表现出季节周期性变化。年轮形成的原因是: 在春夏季细胞分裂快、细胞体积大，在树干上形成颜色较浅的带；在秋冬季细胞分裂慢、细胞体积小，树干上形成颜色较深的带。
1. 树木的年轮与季节的温度变化有什么直接关系？
年轮的形成，是树木生长对一年中不同时期环境温度反应的结果。
二. 参与调节植物生命活动的其他环境因素
资料2 有些植物在生长需要经历一段时期的低温之后才能开花。这种经历低温诱导促使植物开花的作用，称为春化作用。冬小麦、冬大麦、蕙兰就是这样。
讨论
冬小麦
蕙兰
2. 有的植物需要经过春化作用才能开花, 这对于它们适应所生存的环境有什么意义？
这样可以避免出现在冬季来临之前开花从而无法正常结果的情况。
二. 参与调节植物生命活动的其他环境因素
讨论
3. 关于温度参与调节植物生长发育的实例，你还能举出一些吗？
光合作用: 夏日正午光照充足，但因蒸腾作用强，气孔关闭，CO2进入叶片受阻，光合作用反而弱。
叶片变黄、脱落:
落叶树的叶片在秋冬季变黄、脱落。
保卫细胞
气孔张开
二. 参与调节植物生命活动的其他环境因素
1.温度参与植物生长发育的调节的具体表现:
(1)随着季节轮回，气温___________，植物_____、_____、______、______，生命活动的节奏追随着季节的步伐。
(2)随着昼夜交替，气温_________，植物的______也会有_______和______之分。
(3)植物的所有生理活动都是在__________________进行；
(4)温度可以通过影响____________、____________、__________和__________、_______等生命活动，从而参与调节植物的生长发育。
(5)植物分布的_________很大程度上就是由温度决定的；
周期性变化
发芽
开花
落叶
休眠
午高夜低
代谢
旺盛
缓慢
一定的温度范围内
种子萌发
植株生长
开花结果
叶的衰老
脱落
地域性
二. 参与调节植物生命活动的其他环境因素
西双版纳热带季雨林
温带常绿阔叶林
落叶阔叶林
针叶林
植物的地域性分布
1.温度参与植物生长发育的调节的具体表现:
二. 参与调节植物生命活动的其他环境因素
【检测3】某些植物必须经过春化作用(用低温诱导)才能开花结实。如表是对冬小麦进行春化处理的研究结果,下列说法错误的是( )
处理方式 未经低温处理 经低温处理 先低温处理后高温处理
检测结果 没有某些特殊蛋白质 有某些特殊蛋白质 出现某些特殊蛋白质，高温处理后这些蛋白质消失
现象 不能抽穗开花 抽穗开花 不能抽穗开花
A. 温度可以决定冬小麦是否抽穗开花
B. 高温可以解除冬小麦的春化作用
C. 春化作用产生的特殊蛋白质是低温诱导基因突变的结果
D. 北方春季补种的冬小麦只会长苗不会开花结果
C
二. 参与调节植物生命活动的其他环境因素
2.重力参与植物生长发育的调节实例
重力是调节植物________和__________的重要环境因素
生长发育
形态建成
茎的背地性
根的向地性
【思考】根的向地生长和茎的背地生长有什么意义呢？
根向地生长，可以深扎根，利于吸收水分和无机盐；
茎背地生长，可以将枝条伸向天空，利于吸收阳光进行光合作用。
二. 参与调节植物生命活动的其他环境因素
2.重力参与植物生长发育的调节实例
二. 参与调节植物生命活动的其他环境因素
淀粉—平衡石假说:
植物对重力的感受是通过体内一类富含“淀粉体”的细胞，即平衡石细胞来实现的。
生长素的合成部位：
芽、幼嫩的叶、发育中的种子
集中分布：
胚芽鞘、芽、根尖分生组织、形成层等
生长素的运输方向：
中柱：茎尖分生组织产生→中柱→基部→根尖（极性运输）
皮层：根冠→基部（非极性运输）
2.重力参与植物生长发育的调节实例
二. 参与调节植物生命活动的其他环境因素
淀粉—平衡石假说:
植物对重力的感受是通过体内一类富含“淀粉体”的细胞，即平衡石细胞来实现的。
在根冠、胚芽鞘尖和茎的内皮层细胞中有比重比较大的淀粉体分布，受重力影响而沉积在细胞底部，起平衡石的作用。
根尖垂直放置时
2.重力参与植物生长发育的调节实例
二. 参与调节植物生命活动的其他环境因素
淀粉—平衡石假说:
根尖水平放置时
2.重力参与植物生长发育的调节实例
二. 参与调节植物生命活动的其他环境因素
淀粉—平衡石假说:
2.重力参与植物生长发育的调节实例
二. 参与调节植物生命活动的其他环境因素
调节机理：
植物的根、茎中具有_________的物质和细胞，可以将_____信号转换成____________的信号, 造成_______的__________，从而调节植物的生长方向；
感受重力
重力
运输生长素
生长素分布
不均衡
植物生长发育
基因表达调控
激素
调节
环境因素调节
植物细胞里储存着全套基因
基因适时选择性表达
植物的生长、发育、繁殖、休眠等。
调控
激素是信息分子
传递信息
细胞与细胞之间、器官与器官之间的协调
影响
调控激素产生和分布
环境变化
植物响应
调控基因表达以及激素的产生、分布
器官和个体水平上的变化
三. 植物生长发育的整体调控
三. 植物生长发育的整体调控
【检测4】“淀粉体—平衡石假说”认为植物依靠内含淀粉体的细胞感受对重力的单一方向的刺激，使横放的茎、根等部位发生生长素的横向运输。植物光合作用产生的葡萄糖经由聚合转变成淀粉，再以淀粉粒的形式储存于淀粉体中。下列叙述错误的是( )
A.淀粉体可感受重力的方向
B.淀粉体最终将重力信号转变成运输生长素的信号
C.植物根部的向地生长体现了生长素作用的两重性
D.根的远地侧生长素分布较多，生长较快，而使根向地生长
D
设计实验: 验证植物向地性的感受部位在根冠
根冠感受了重力方向后，通过运输物质（生长素）的量影响根尖生长方向。
自变量:
是否有根冠
因变量:
根是否出现向地生长
可采用切除根冠的方法进行处理
处理 预期结果
切去不同长度的根尖端
硝酸银灼烧根尖
减法原理——
哪怕仅切掉0.5 mm，根依然失去了向地性
结果类似
处理 预期结果
待切去尖端后的根尖重新长出尖端
加法原理——
恢复向地性
设计实验: 验证植物向地性的感受部位在根冠
实验思路:
1.取大小、萌发程度大致相同的刚刚萌发的同种玉米粒若干,随机分成数量相同的甲、乙两组;
2.去除甲组玉米粒的根冠,乙组玉米粒不作处理,分别放在两个含有湿棉花的培养皿中;
3.置于温度适宜的暗室中培养一段时间。
4.观测两组玉米粒根尖是否出现向地弯曲生长
预期结果、得出结论:
如果甲组玉米根尖不出现向地弯曲生长,乙组均出现向地弯曲生长,即可证明植物根向地性的感受部位在根冠。
设计实验: 验证植物向地性的感受部位在根冠
【检测5】将豌豆的幼苗水平放置，它的根就会向下弯曲．若将根冠全部或部分切去，如图所示，
甲:根冠不切除，一定时间后，向下弯曲63°；
乙:根冠全切除，一定时间后，向上弯曲1°；
丙:根冠上半部分切除，一定时间后，向下弯曲31°；
丁:根冠下半部分切除．一定时间后，向上弯曲4°。由此可看出（　　）
A.多种激素平衡协调作用控制着根向下弯曲生长
B.此实验必须在有光条件下进行
C.决定根的向重力性的组织很可能是根冠
D.根冠产生的物质是生长促进剂
C
【检测6】植物的生长发育是由基因表达调控、激素调节和环境因素调节共同完成的。下列有关说法正确的是( )
A.植物体内的光敏色素主要吸收红光和蓝紫光
B.激素作为信息分子会影响细胞的基因表达，从而起到调节作用
C.植物根中具有感受重力的物质和细胞，可以将重力信号直接转换成生长素
D.冬小麦需经历低温诱导才能开花结实说明开花结实与植物体内的激素无关
B
【检测7】赤霉素和光敏色素能协调调节拟南芥主根的生长。某小组用野生型拟南芥植株(WT)、光敏色素A(phyA)缺失突变体和光敏色素B (phyB)缺失突变体为材料，研究在黑暗和光照条件下，赤霉素合成抑制剂——多效唑(PAC)对拟南芥幼苗主根生长的影响，实验结果如图所示，下列分析错误的是(　　)
A.光敏色素可能不参与黑暗条件
下PAC调控主根生长的过程
B.在光照和黑暗条件下，PAC调
控主根生长的效果存在差异
C.phyA介导的光信号对PAC调
控主根生长的影响不明显
D.phyB介导的光信号能增强PAC
对主根生长的抑制效果
D　
【检测8】冬小麦是我市重要的粮食作物，农业科技人员不断进行研究以期获得高产抗病的新品种。冬小麦经过低温环境才能开花，这是由于幼苗感受低温刺激产生某种特殊蛋白质所致，该作用称为春化作用，高温、低氧、缺水等均可解除春化作用而导致冬小麦最终不能抽穗开花。请分析材料并结合所学知识回答下列问题。
(1)春化作用导致特定蛋白质的产生，说明__________________ _____________________________________________________。
(2)某研究小组发现经过严寒之后，部分二倍体野生小麦突变成了四倍体小麦，合理的解释是_____________________________________ 。
突变后的四倍体小麦与二倍体野生小麦是否为同一个物种？并请简要说明理由。_________________________________________________。
春化作用(低温)激活了决定该蛋白质的基因(环境影响基因的表达)　
低温抑制纺锤体的形成，导致染色体数目加倍　
不是，与原品种之间存在生殖隔离，杂交产生的后代是不育的　
(3)在育种过程中，一科研人员发现小麦早熟性状个体全为杂合子，欲探究小麦早熟性状是否存在显性纯合致死现象(即EE个体无法存活)，研究小组设计了以下实验，请补充有关内容。
实验方案：让早熟小麦自交，统计后分析比较________________ 。预期实验结果及结论：
子代的表现型及比例　
(3)在育种过程中，一科研人员发现小麦早熟性状个体全为杂合子，欲探究小麦早熟性状是否存在显性纯合致死现象(即EE个体无法存活)，研究小组设计了以下实验，请补充有关内容。
实验方案：让早熟小麦自交，统计后分析比较________________ 。预期实验结果及结论：
①如果________________________________，则小麦早熟性状存在显性纯合致死现象；
②如果________________________________，则小麦早熟性状不存在显性纯合致死现象。
子代的表现型及比例　
子代表现型为早熟和晚熟，比例为2 : 1　
子代表现型为早熟和晚熟，比例为3 : 1　
练习与应用
1. 一颗小小的望天树种子可以生长发育成参天大树。判断下列相关表述是否正确.
(1) 它的生长发育完全由植物激素控制。( )
(2) 调控它生长发育的环境因素有光照、温度、重力等。 ( )
(3) 它的生长发育是基因表达调控的结果。( )
2. 请用恰当的方式表示调节植物生长发育的环境因素、植物激素和基因表达的关系。
×
√
√
一、概念检测
植物激素
基因表达
环境因素
相互
影响
影响
改变分布情况
1. 科学家用红光和红外光依次照射的方法，对一批莴苣种子进行处理，然后置于暗处。一段时间后，这些莴苣种子的发芽情况如下表所示。
二、拓展应用
练习与应用
由上述实验结果可以得出什么结论
红光促进莴苣种子发芽，红外光抑制莴苣种子发芽。
1. 科学家用红光和红外光依次照射的方法，对一批莴苣种子进行处理，然后置于暗处。一段时间后，这些莴苣种子的发芽情况如下表所示。
二、拓展应用
练习与应用
(2 )莴苣种子对红光的反应远比红外光敏感, 如果经过红光和红外光处理后，将莴苣种子置于自然光下而不是黑暗条件下，萬苣种子的发芽情况会如何？
莴苣种子会发芽，因为自然光包含红光和红外光，
莴苣种子对红光更敏感，因此在自然光照射下会发芽。
复习与提高
一、选择题
1. 园林工人为使灌木围成的绿篱长得茂密、整齐，需要对绿篱定期修剪，其目的是（ ）
A.抑制侧芽生长 B.抑制顶端优势
C.抑制向光性生长 D.抑制其开花结果
2. 用适宜浓度的生长素处理未受粉的番茄雌蕊柱头，可得到无子番茄，这种果实细胞中的染色体数目为 （ ）
A. 与卵细胞染色体数目一样 B. 是受精卵染色体数目一半
C. 与体细胞中染色体数目一样 D. 比受精卵染色体数目多一倍
B
C
3. 以下关于植物激素的说法，错误的是（ ）
A. 植物激素能促进植物生长
B. 植物激素是一类化学物质
C. 植物激素在植物体内含量很少
D. 植物激素不直接参与细胞内的代谢活动
4. 果实的生长发育和成熟，受多种激素调节。下列叙述正确的是（ ）
A. 细胞分裂素促进果实生长
B. 乙烯抑制果实的生长和成熟
C. 脱落酸促进细胞分裂和果实脱落
D. 生长素对果实的发育和成熟没有影响
A
A
复习与提高
二、非选择题
1.研究人员进行了多种植物激素对豌豆植株侧芽生长影响的实验，结果如图所示。
(1)比较曲线a、b、c与d可知 对
侧芽的生长有抑制作用，其中起作用
的主要激素是 ，而且
（激素）能解除这种激素
的抑制作用。在保留顶芽的情况下，
除了c所采用的措施，还可通过喷施
的化合物促进侧芽生长。
复习与提高
顶芽
生长素
细胞分裂素
赤霉素
顶芽抑制侧芽生长
顶端涂抹生长素抑制侧芽生长
顶端涂抹赤霉素促进侧芽生长
细胞分裂素可解除顶端优势
b-e：
b-d：
a-b：
c-e：
（2）比较曲线a与b可知，赤霉素能明显促进 。推测：在完整豌豆植株的顶芽中，赤霉素产生于 组织。
（3）据图中信息，推测侧芽生长速度不同的原因是侧芽
内 浓度或比例的改变。
复习与提高
侧芽生长
分生
生长素与赤霉素、细胞分裂素
2.当干旱发生时，植物之间是否会交流信息呢？如果有信息交流，是通过地上信号还是地下信号呢？为了探究这些问题，有研究者设计了如下实验。将11株盆栽豌豆等距排列，6 11号植株在根部有管子相通，这样在不移动土壤的情况下，化学信息可以通过管子进行交流；1 6号的根部不联系（如下图）。
用高浓度的甘露醇浇灌（高渗透压，模拟干旱）来刺激6号植株，15 min后，测定所有植株 的气孔开放度。对照组是用水浇灌6号植株。结果如下图所示。
复习与提高
（1）对照组的实验结果说明了什么？
（2）在干旱条件下，6 8号植株与9 11号植株相比，气孔的开放度有什么不一样？
对照组的结果说明，在不受干旱胁迫时，各植株的气孔开放度无显著差异。
在干旱条件下，6~8号植株的气孔开放度显著低于9~11号，且越远离6号的植株的气孔开放度越大。
复习与提高
（3）这些数据支持“当干旱发生时，植物之间会交流信息”这一观点吗？如果会，是通过地 上部分还是地下部分交流信息的？
这些数据支持该观点。植物可以通过地下部分交流信息。
（4）在对6号植株进行干旱诱导后1 h,再次测定所有植株的气孔开放度，发现6 ~ 11号植株的气孔大多数都关闭了。这是为什么？对6号植株进行持续1h的干旱胁迫，该植株根部会源源不断地产生胁迫信号，通过地下通路传递给7~11号植株；这些植株的根部感知到该信号，作出关闭气孔的响应，以避免散失不必要的水分。复习与提高

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