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第五章 植物生命活动的调节
第4节 环境因素参与调节植物的生命活动
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。
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“天宫二号”内，它们的根、茎可能会怎样生长？为什么？
根和茎很可能会继续横向生长，因为太空中几乎没有重力。
由重力因素调节的
问题探讨
高等植物的生长发育是受环境因素调节的，如光、温度、重力对植物生长发育的调节尤为重要。
向光侧
背光侧
光
茎的向光性
对于植物来说，光只是起提供能量的作用吗？
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？
思考·讨论：光在植物生长发育中的调节作用
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
推测：光本身是植物种子萌发过程中的一种调节因子。
光对植物生长发育的调节
烟草
莴苣
早熟禾
毛蕊花
洋葱
番茄
资料2：豆芽是在黑暗的环境中培育的，它的细胞中不含叶绿素，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。
豆芽：无光条件
豆苗：有光条件
思考·讨论：光在植物生长发育中的调节作用
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。
2. 从豆芽到豆苗，光对植物的颜色和形态有什么影响？
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。
是光照时长(黑暗时长)在起作用，与植物激素的分泌有关。
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？这与激素的分泌有关系吗？
处理 火龙果开花朵数
补光6小时 54
补光5小时 47
补光4小时 44
不补光 9
思考·讨论：光在植物生长发育中的调节作用
知识拓展
长日照植物：每天光期12个小时以上并经过一定天数才能开花。
光周期：是指一日之内光照时间长短的变化，即在白昼与黑夜循环中日照长短的变化。
光照
黑暗
黑暗
光照
临界日长
我国地处北半球，春天日长逐渐增加，春天开花的植物如洋葱、甜菜、胡萝卜、莴苣、菠菜、冬小麦等多为长日照植物。
短日照植物：每天光期12个小时以内并经一定天数后才能开花。
我国秋天开花的植物如水稻、棉花、菜豆、大豆、秋菊等多为短日照植物。
日中性植物：它们对每天光期要求范围很广，在任何日照长度条件下都能开花。
例如番茄、黄瓜、茄子等。
萌发需要光照的种子一般较小，这是对环境的适应——萌发后立即进行光合作用，从而避免在无光条件下萌发后“饿死”。
植物在生长、开花过程中，跟随着光照的节奏，能保证生命活动正常进行，能保证正常地繁衍后代，这也是植物对环境的适应。
4. 种子发芽，植物生长，开花接受光的调控，是如何体现植物对环境的适应的？
思考·讨论：光在植物生长发育中的调节作用
光的调控
种子萌发
植株生长
开花
衰老
均受到
植物是如何感受到光照？
光是如何调控植物生长发育的呢？
1. 光的作用
光对植物生长发育的调节
(1)光是植物进行____________的____________；
(2)光作为一种_____，_____、_____植物生长、发育的全过程。
光合作用
能量来源
信号
影响
调控
(1)化学本质：
(2)分布：
(3)吸收光的类型：
2. 植物具有接受光信号的分子——光敏色素（其中的一种）
相关信息：光敏色素主要吸收红光和远红光。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。
光对植物生长发育的调节
蛋白质(色素—蛋白复合体)
植物的各个部位，其中在分生组织的细胞内比较丰富。
主要是红光和远红光。
未激活 激活
(4)光调控植物生长发育的反应机制
①光敏色素被激活，结构发生变化；
②信号经过转导，传递到细胞核内；
③细胞核内特定基因的转录变化；
④表现出生物学效应。
光信号
激活
光敏色素
信号
转导
细胞核
特定基因转录
(DNA→mRNA)
翻译
生物学效应（蛋白质）
影响
感受信号
传导信号
发生反应
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
受到
光照射
1.下列关于光对植物生长发育的影响的叙述，不正确的是
A.光能影响植物种子的萌发
B.植物的向光性生长是植物对光刺激的反应
C.对植物来说，光只是起提供能量的作用
D.光可作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程
典题应用
√
2.下图为植物开花所需的光照条件示意图，下列表述错误的是
A.植物可以感知光信号并据此调整生长发育
B.长夜闪光对于植物能否开花并无明显影响
C.短日照植物一般在日照时间短于一定数值时开花
D.通过人为控制光照时间可以有效调控植物的花期
√
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：
①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；
②在秋冬季细胞分裂慢、细胞体积较小，树干上形成颜色较深的带。
宽带
细带
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。
参与调节植物生命活动的其他环境因素
——温度
资料2：有些植物在生长期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、蕙兰等就是这样的。
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？
这样可以避免出现冬季来临之前开花从而无法正常结果的情况。
冬小麦
蕙兰
3. 关于温度参与调节植物生长发育的实例，还能举出一些吗？
①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。
②叶片变黄、脱落：落叶树的叶片在秋冬季变黄、脱落。
参与调节植物生命活动的其他环境因素
——温度
参与调节植物生命活动的其他环境因素
——温度
(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
1. 温度参与植物生长发育的调节
重力
A
B
C
D
远地侧
近地侧
根：深扎根，利于吸收水分和无机盐；
茎：将枝条伸向天空，利于吸收阳光进行光合作用。
2. 重力参与植物生长发育的调节
(1)调节实例：
根的向地性、茎的背地性
重力是调节植物___________和__________的重要环境因素。
生长发育
形态建成
(2)调节机理：
植物的根、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
造成生长素分布不均衡
调节植物的生长方向
根的向地生长和茎的背地生长有什么意义呢？
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
如通过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
“淀粉—平衡石假说”
Ⅰ. 根尖垂直放置时
淀粉体均匀分布在平衡石细胞底部的内质网上，内质网两侧压力相当，运往根冠的生长素均匀地运往伸长区。
IAA
IAA
IAA
伸长区
根冠
淀粉体
Ⅱ. 根尖水平放置时
淀粉体沉降到近地侧，该侧内质网压力更大。
压力大的一侧运输更多生长素至伸长区。
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。
设计实验：验证植物向地性的感受部位在根冠
根冠的有无
自变量：
根的生长方向
对照组：完整的刚刚萌发玉米种子
因变量：
实验可以用刚刚萌发的玉米粒(实际上是颖果，农业上称为种子)为材料。为便于观察，可在培养皿中铺上湿棉花，将刚萌发的玉米粒放在其中培养。为验证到底是否是根冠感受重力，引起根的向地生长，应该怎样设计实验组、对照组？
发芽的玉米粒
研究表明：平衡石细胞和感受重力的部位在根冠。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。如何通过设计实验来进行验证？
处理 预期结果
切去不同长度的根尖端
硝酸银灼烧根尖
① 减法原理
哪怕仅切掉0.5 mm，根依然失去了向地性
根失去向地性
② 加法原理
处理 预期结果
待切去尖端后的根尖重新长出尖端
恢复向地性
设计实验：验证植物向地性的感受部位在根冠
实验组：
实验思路：
①取10颗大小、萌发程度大致相同的刚刚萌发的同种玉米粒，随机均分的甲、乙两组；
②甲组去除玉米粒的根冠，乙组玉米粒不作处理，分别放在两个含湿棉花的培养皿中；
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。
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。
预期结果：
设计实验：验证植物向地性的感受部位在根冠
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
高等植物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。
植物生长发育的整体调控
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。（ ）
一、概念检测



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。
植物激素
基因表达
环境因素
二、拓展应用
(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，莴苣种子的发芽情况会如何？
组别 光照射处理方式 发芽情况
对照组 无光照 不发芽
组1 红光 发芽
组2 红光→红外光 不发芽
组3 红光→红外光→红光 发芽
组4 红光→红外光→红光→红外光 不发芽
红光促进莴苣种子发芽，红外光抑制莴苣种子发芽。
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。
(1)由上述实验结果可以得出什么结论
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b、c、d与e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。
(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______________________________浓度或比例的改变。
赤霉素
侧芽生长
分生
生长素与赤霉素、细胞分裂素
顶芽
生长素
细胞分裂素
a
b
c
d
a
e
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。结果如右图所示。
二、非选择题
(1)对照组的实验结果说明了什么？
说明在不受干旱胁迫时，各植株的气孔开放度无显著差异。
(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？
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。
(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？
支持。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。

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