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5.4 环境因素参与调节植物的生命活动
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？
一、问题探讨
通过以上学习我们知道，高等植物的生命活动除了依靠激素调节，同时受环境因素调节。光、温度、重力对植物生长发育的调节作用尤为重要。
二、光对植物生长发育的调节
莴苣种子在光照一段时间后的发芽率明显高于黑暗条件。
图片修改自：Campbell Biology: 836. Figure 39.17.
结论：
莴苣种子
二、光对植物生长发育的调节
资料1
①少数植物的种子，需要在有光的条件下才能萌发。
烟草种子在光照/黑暗条件下的发芽率明显高于完全黑暗条件。
处理 发芽率（%）
全黑暗 6.67
光照/黑暗 91.00
数据引自：王玉芳等,光照 、温度和盐胁迫对红花大金元种子萌发的影响[J]. 种子, 2009, 28(12): 19-22.
结论：
烟草种子
二、光对植物生长发育的调节
资料1
①少数植物的种子，需要在有光的条件下才能萌发。
资料1
②有些植物的种子在有光条件下萌发的更好（如早熟稻、毛蕊花）。
二、光对植物生长发育的调节
③有些植物种子的萌发，则受光的抑制（如洋葱、番茄）。
研究发现：萌发需要光的种子一般较小，储存的营养物质也很少。
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
不是。推测：光本身是植物萌发过程中的一种调节因子。
二、光对植物生长发育的调节
资料1
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。
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。光影响植物的颜色和形态建成。
资料2
二、光对植物生长发育的调节
光形态建成:植物依赖光来控制细胞的分化、结构和功能的改变，最终汇集成组织和器官的建成的过程。
① 很多植物的开花与昼夜长短有关。
白天长度超过13小时才开花
白天短于一定时长才开花
菊
水稻
菠菜
② 很多植物的开花与昼夜长短无关。
黄瓜
向日葵
棉花
二、光对植物生长发育的调节
资料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。
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
资料3
二、光对植物生长发育的调节
②短日照植物:短日照植物:只有当日照长度短于其临界日长(少于12 h,但不少于8 h)时才能开花的植物。在一定范围内,暗期越长,开花越早,如果在长日照下则只进行营养生长而不能开花。许多热带、亚热带和温带春秋季开花的植物多属短日照植物,如大豆、玉米、水稻等。
① 长日照植物:只有当日照长度超过临界日长(14~17 h),或者说暗期必须短于某一时数才能形成花芽的植物。否则不能形成花芽,只停留在营养生长阶段。
③日中性植物:对每天日照的时间长短并不敏感，如天竺葵(洋绣球)
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。
拓展一——光调节植物开花的具体机制
短日照植物，用短日照和短暗期处理，植物__________。
短日照植物，用长日照和足够长的暗期处理，植物______。
像上述在黑暗条件下，施加短暂的光照处理，暗期效应就会失去作用（暗期不连续），这种称为暗期间断。
开花
不开花
拓展一——光调节植物开花的具体机制
推测: 一个周期中连续黑暗时间决定是否开花。
白天和黑夜的相对长度叫光周期
短光周期的长暗期中间给予瞬间光照,长日照植物开花原因不是光照总时长满足其要求,而是满足了短夜条件。
长光周期的长光期中间插入短时黑暗,短日照植物不开花,因为黑暗时长不能满足其要求 。
拓展一——光调节植物开花的具体机制
为了研究光照和黑暗时间与植物开花的具体关系，科研工作者用某短日照植物和某长日照植物做了如下相关研究，所得结果如下。下列叙述错误的是（ ）
A.图1可以看出，一个光周期中连续黑暗的时间决定短日照植物是否开花
B.图中长日照植物开花的条件取决于每个光周期中黑暗时间长度与临界值的关系
C.图2中A处应是不开花
D.由图分析可推测，在某地某短日照植物临近开花季节，夜间照明会使开花时间提前
D
拓展一——光调节植物开花的具体机制
“待到秋末九月八，我花开后百花杀”唐代黄巢的著名诗句展示了花儿的开放是受季节影响的，而菊花的开放是在秋天。
(1)菊花在秋天开放的原因是什么？
(2)要想使菊花在夏季开放可以采取什么样的措施？
(3)是否所有植物开花都受日照时间长短的影响？
不是
菊花是短日照植物，秋天日照时间变短促使了菊花的开放。
可以采取遮光处理，人工制造短日照环境。
拓展一——光调节植物开花的具体机制
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。
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？
二、光对植物生长发育的调节
植株
生长
开花
衰老
种子
萌发
均受到
光的调控
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。
二、光对植物生长发育的调节
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
二、光对植物生长发育的调节
研究人员发现，无论苍耳的叶在茎枝上的排列方式如何，相邻两节的叶子互不重叠，在与阳光垂直的层面上作镶嵌排布。苍耳叶片的镶嵌式排布对光合作用有什么积极影响？
光是植物进行光合作用的能量来源，相邻两节的叶子互不重叠，可使所有叶片都能最大限度接受光照，提高光能利用率。
二、光对植物生长发育的调节
上午
下午
上午
下午
(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
影响
调控
1、光对植物生长发育的作用:
二、光对植物生长发育的调节
信号
光处理 R 萌发 %
70
R-FR 6
R-FR-R 74
R-FR-R-FR 6
R-FR-R-FR-R 76
R盼FR-R-FR-R-FR 7
二、光对植物生长发育的调节
1952年，美国科学家博思威克等用大型光谱仪白光分解成单色光，处理莴苣种子。他们用红光和远红光交替照射莴苣种子，然后置于暗处。一段时间后，这些莴苣种子的发芽情况如表所示：
由表可知，莴苣种子是否能够发芽率取决于什么？
取决于黑暗处理前最后一次照射的是什么光，若是红光则发芽，若是远红光则不发芽。
光处理 R 萌发 %
70
R-FR 6
R-FR-R 74
R-FR-R-FR 6
R-FR-R-FR-R 76
R盼FR-R-FR-R-FR 7
二、光对植物生长发育的调节
材料一：1952年，美国科学家博思威克等用大型光谱仪白光分解成单色光，处理莴苣种子。他们用红光和远红光交替照射莴苣种子，然后置于暗处。一段时间后，这些莴苣种子的发芽情况如表所示：
由表可知，莴苣种子是否能够发芽率取决于什么？
取决于黑暗处理前最后一次照射的是什么光，若是红光则发芽，若是远红光则不发芽。
据此，你能作出合理的推测吗？
植物体内可能存在着某种光受体，在接受了红光和远红光的交替照射后可发生可逆变化，从而调节植物的生理活动。
材料二：过了几年，他们成功地分离出这种吸收红光-远红光可逆转换的光受体（色素-蛋白质），称之为光敏色素。
2、植物具有接受光信号的分子——光敏色素(其中的一种)
二、光对植物生长发育的调节
(1) 化学本质:
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。
（4）受到光照时，光敏色素的结构会发生变化。
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。
(3) 吸收光的类型:
(2) 分布:
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
二、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
二、光对植物生长发育的调节
光
照射
光敏色素被激活，结构发生变化
感受信号
信号经过信息传递系统的传导，传递到细胞核内
传导信号
细胞核内特定基因的转录变化（表达）
发生反应
转录
RNA
翻译
蛋白质
表现出生物学效应
在受到光照射时，光敏色素的结构会发生变化，这一变化的信息会经过信息传递系统传导到细胞核内，影响特定基因的表达，从而表现出生物学效应。
研究表明，植物体内至少存在三种不同的光受体：光敏色素、隐花色素、UV-B光受体。
1.隐花色素
（又叫作UV-A/蓝光受体）
主要吸收蓝光和近紫外光区域的光
如蓝紫光加快IAA氧化分解，使茎端生长素含量下降。这是高山植物比平原植物生长矮的原因之一。
利用浅蓝色塑料薄膜低温下育秧比无色的好，因为其可大量透过400～500nm波长的蓝紫光，使秧苗矮壮。
2.UV-B光受体
（又叫紫外线B类受体）
接收紫外光B区域的光。
这些色素分子在接收光信号时自身结构会发生变化从而被激活。
拓展二——光受体
（1）光敏色素是光的受体，光仅是一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。光是植物进行光合作用的能量来源。
光敏色素与光合色素的作用有什么区别？还有哪些方面不同？
（2）光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，能吸收、传递并转化光能储存在有 机物中，是自然界各种生物的能量和物质基础。
除了光，温度和重力等环境因素也会参与调节植物的生长发育，温度和重力是如何参与植物生命活动调节呢？
二、光对植物生长发育的调节
温带地区，树木年复一年的加粗，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、温度参与植物生长发育的调节
资料1
① 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 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。
三、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
资料1
三、参与调节植物生命活动的其他环境因素
颜色较浅的宽带
颜色较深的细带
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。
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。
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。
三、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
资料2
感受低温的部位：在茎端分生组织或某些能进行细胞分裂的部位。
二
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。
结论：温度对植物的多种生命活动具有调节作用。
三、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
资料3
(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
三、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
西双版纳热带季雨林
亚热带常绿阔叶林
落叶阔叶林
针叶林
植物的地域性分布
三、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
重力是调节植物______________和_______________的重要环境因素。
根、茎中具有感受重力的物质和细胞
调节植物的生长方向
根向地、茎背地生长
实例：
原理：
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
生长发育
形态建成
2.重力参与植物生长发育的调节:
三、参与调节植物生命活动的其他环境因素
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。
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
三、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:
IAA
IAA
IAA
Ⅰ.根尖垂直放置时
① 生长素运往根冠。
② 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。
伸长区
根冠
淀粉粒
拓展三——淀粉平衡石学说的具体机制
Ⅱ.根尖水平放置时
① 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。
② 压力大的一侧运输更多生长素至伸长区。
③ 高浓度生长素抑制近地侧根尖生长。
④ 低浓度生长素促进远地侧根尖生长。根尖向地弯曲。
拓展三——淀粉平衡石学说的具体机制
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
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（近地侧浓度高）
重力
根对生长素敏感
根的近地侧生长受抑制
茎的近地侧生长较快
茎对生长素较不敏感
根向地生长
茎背地生长
外因：重力引起生长素在植物体内分布不均匀。
内因：根、茎进对生长素的敏感程度不同
①根对生长素敏感，浓度高抑制生长；
②茎对生长素不敏感，浓度高促进生长。
三、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:
“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
习题巩固
植物生长发育的整体调控
植物激素调节
基因表达调控
环境因素调节
相互
影响
影响
表达
影响产生和分布情况
光、温度、重力等
生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯
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。植物生长发育的调控，是由基因表达调控、激素调节和环境因素调节共同完成的。
四、植物生长发育的整体调控
1
基因表达调控：植物细胞里储存着全套基因，但是某个细胞的基因如何表达则会根据需要作调整。
植物的_______、________、________、________等都处在基因适时选择性表达的调控之下。
生长
发育
繁殖
休眠
四、植物生长发育的整体调控
2
激素调节：对于多细胞植物体来说，细胞与细胞之间、器官与器官之间的协调，需要通过激素传递信息
1
基因表达调控：植物细胞里储存着全套基因，但是某个细胞的基因如何表达则会根据需要作调整。
激素作为____________，会影响细胞的_____________，从而起到调节作用。同时，激素的产生和分布是__________________的结果，也受到_________的影响。
信息分子
基因表达
基因表达调控
环境因素
四、植物生长发育的整体调控
2
激素调节：对于多细胞植物体来说，细胞与细胞之间、器官与器官之间的协调，需要通过激素传递信息
1
基因表达调控：植物细胞里储存着全套基因，但是某个细胞的基因如何表达则会根据需要作调整。
环境因素影响：植物响应环境变化，调控基因表达以及激素产生、分布，最终表现在器官和个体水平上的变化。
3
四、植物生长发育的整体调控
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
影响
调控激素产生和分布
传递信息
细胞与细胞之间、器官与器官之间的协调
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
四、植物生长发育的整体调控
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
可通过观察玉米根尖是否向下弯曲生长来对因变量进行观测
【设计实验】验证植物根向地性的感受部位在根冠
已有的研究表明，植物的根是靠根冠中的细胞感受重力，从而引起根的向地生长。真的是这样吗？我们能否设计实验进行验证？
五、课外实践
发芽的玉米粒
对照组：
完整的刚刚萌发玉米种子
预期结果、得出结论:
1.取材、分组、编号：
2.对照处理：
3.进行培养：
4.观察记录：
五、课外实践
【设计实验】验证植物根向地性的感受部位在根冠
实验思路:
取10颗大小、萌发程度大致相同的刚刚萌发的同种玉米粒,随机分成数量相同的甲、乙两组。
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。
置于温度适宜的暗室中培养一段时间。
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。
设计实验：验证植物向地性的感受部位在根冠
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
硝酸银灼烧根尖 结果类似
—— 减法原理
设计实验：验证植物向地性的感受部位在根冠
—— 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
拓展四——其它方法验证植物向地性的感受部位在根冠
【设计实验】验证植物根向地性的感受部位在根冠
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。
植物激素
基因表达
环境因素
六、练习与应用
3.昙花一般夜间开花，受昼夜交替节律的影响。如果要让昙花白天开花，可尝试采取哪些措施？
可尝试进行遮光处理。
4.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，这些萬苣种子的发芽情况如下表所示。
由上述实验结果可以得出什么结论
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。
六、练习与应用
4.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，这些萬苣种子的发芽情况如下表所示。
(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？
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
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。
六、练习与应用

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