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第4节 环境因素参与调节植物的生命活动
第5章 植物生命活动的调节
梅子金黄杏子肥,
麦花雪白菜花稀。
“待到秋来九月八，我花开后百花杀”
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？
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？
一、光对植物生长发育的调节
思考
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。
思考
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
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
一、光对植物生长发育的调节
推测: 一个周期中连续黑暗时间决定是否开花。
资料4 光调节植物开花的具体机制
一、光对植物生长发育的调节
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。
思考
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
1.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
思考：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
1959年，Butler等研制出双波长分光光度计，让色素的鉴定和研究工作事半功倍。他们在黄化玉米幼苗和黄化芜菁中检测到能够吸收红光和远红光且可互相转换的色素蛋白，并且成功提取到该色素蛋白，命名为光敏色素（phytochrome）。
所有的陆生高等植物中都含有光敏色素，黄化幼苗中光敏色素的含量格外高，是绿色幼苗的几十上百倍。
光敏色素的发现是植物光形态建成发展的里程碑。
（1）光敏色素的发现
相关信息
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。
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
(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。
光敏色素
感光区域
酶活性区域
一、光对植物生长发育的调节
Pr为红光吸收型；Pfr为远红光吸收型
(3) 吸收光的类型: 主要是红光和远红光。
2. 植物具有接受光信号的分子——光敏色素(其中的一种)
一、光对植物生长发育的调节
1. 科学家用红光和红外光依次照射的方法，对一批萬苣种子进行处理，然后置于暗处。一段时间后，这些萬苣种子的发芽情况如下表所示。
(1) 由上述实验结果可以得出什么结论？
答案：红光促进莴苣种子发芽，红外光抑制莴苣种子发芽。
(2 )萬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，将萬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？
答案：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。
一、光对植物生长发育的调节
结论：光信号在植物体内被转换为化学物质信号。
资料5: 光信号在植物体内的转换
感受信号
传导信号
发生反应
受到光照射
光敏色素被激活，结构发生变化
信号经过转导，传递到细胞核内
DNA
细胞核内特定基因的转录变化
RNA
翻译
表现出生物学效应
光调控植物生长发育的反应机制示意图
一、光对植物生长发育的调节
光调控植物生长发育的反应机制示意图
二、参与调节植物生命活动的其他植物因素
讨论
资料6: 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。
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。
年轮形成原因：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。
二、参与调节植物生命活动的其他植物因素
二、参与调节植物生命活动的其他植物因素
资料7：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
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。
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？
二、参与调节植物生命活动的其他植物因素
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植物因素
种子萌发后，根向地生长、茎背地生长。如果将幼苗横过来，茎会弯曲向上生长，根则弯曲向下生长。思考：
1.茎和根的生长是受哪种因素调节的？
2.如果将该幼苗横放在太空中的“神舟十三号”内，它的根、茎可能会怎样生长？为什么？
是由重力因素调节的。
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。
重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因素。
3.根的向地生长和茎的背地生长有什么意义呢？
二、参与调节植物生命活动的其他植物因素
（1）调节机理：
植物根茎中具有感受重力的物质和细胞，将重力信号转换成运输生长素的信号，造成生长素分布的不均衡，从而调节植物的生长方向。
2.重力参与植物生长发育的调节
重力
二、参与调节植物生命活动的其他植物因素
（2）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。
重力方向改变
平衡石细胞中的“淀粉体”会沿着重力方向沉降
引起一系列信号分子的改变
如影响生长素的运输，导致生长素沿着重力刺激的方向不对称分布
对植物生长产生影响
2.重力参与植物生长发育的调节
二、参与调节植物生命活动的其他植物因素
向地性的机理——根尖垂直放置时
二、参与调节植物生命活动的其他植物因素
向地性的机理——根尖水平放置时
二、参与调节植物生命活动的其他植物因素
发芽的玉米粒
自变量:
是否有根冠
因变量:
根是否出现向地生长
设计实验，验证植物根向地性的感受部位在根冠
二、参与调节植物生命活动的其他植物因素
对照组：完整的刚刚萌发玉米种子
实验组：
处理 预期结果
切去不同长度的根尖端 哪怕仅切掉0.5 mm，根依然失去了向地性
待切去尖端后的根尖重新长出尖端 恢复向地性
“袅袅兮秋风，洞庭波兮木叶下”
思考：叶片在不同季节表现不同的根本原因是？你认为叶片在秋冬季节脱落与哪些环境因素有关？相关的激素又有哪些？
三、植物生长发育的整体调控
三、植物生长发育的整体调控
高等植物是由许多细胞组成的高度复杂的有机体，它的正常生长发育需要各个器官、组织和细胞之间的协调和配合。
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

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