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(共54张PPT)
5.4 环境因素参与调节植物的生命活动
《不第后赋菊》
黄巢[唐]
待到秋来九月八，我花开后百花杀。
冲天香阵透长安，满城尽带黄金甲。
问题1: 菊花本在秋天开放，但现在一年四季都可以看到菊花，这是人工调控花期的结果，你认为自然状态下影响植物开花的因素有哪些？
光、温度、水肥、土壤等
问题探讨
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。
问题2: 茎和根的生长是受哪种因素调节的？
是由重力因素调节的
问题3: 如果将该幼苗横放在太空中的“天宫二号”内，它的根、茎可能怎样生长？为什么？
茎和根很可能会继续横向生长；因为太空中几乎没有重力。
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。
问题4: 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
合作探究一：请同学们自主阅读教材P105思考讨论，小组合作完成以下问题。
一、光对植物生长发育的调节
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
从豆芽到豆苗，光对植物的颜色和形态有什么响影
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？
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？
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）；
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。
资料1
一、光对植物生长发育的调节
问题5: 光照是为了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。
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。
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
问题6: 从豆芽到豆苗，光对植物的颜色和形态有什么影响
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
② 很多植物的开花与昼夜长短无关。
白天短于一定时长才开花
菠菜
菊
水稻
黄瓜
向日葵
棉花
资料3
一、光对植物生长发育的调节
莴苣
洋葱
菠菜
光对植物生长发育的影响
光调节植物开花（日照长短）
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
问题7: 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？
光照时长( 黑暗时长)在起作用；这与植物激素的分泌有关。
问题8: 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
萌发需要光照的种子一般较小，这是对环境的适应—萌发后能很快进行光合作用，从而避免在无光条件下萌发后“饿死”；
植株生长、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。
（2）光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。
1、光对植物生长发育的作用
（1）光是植物进行光合作用的能量来源；
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
问题9: 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？
一、光对植物生长发育的调节
合作探究二：请同学们自主阅读教材P106，小组合作完成以下问题。
光敏色素主要本质是什么？吸收哪种光？
光敏色素分布在哪？光敏色素如何调控植物生长发育的？
参照教材图5－12，尝试用文字和箭头构建光信号转换过程模型。
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？
光对植物生长发育的影响
吸收红光和远红光的光受体可能是具有两种存在形式的单一色素。
后来，人们成功地分离出这种色素，称之为光敏色素。
1952年，美国农业部的科学家用单色光处理莴苣种子发现，红光（波长在660 nm左右）促进种子萌发，而远红光（波长在730 nm左右）抑制种子萌发；如果用红光和远红光交替处理，则两种波长的光对种子萌发的影响可以相互逆转，种子萌发率高低取决于最后一次曝光波长。
2、 植物具有接受光信号的分子——光敏色素（其中的一种）
光敏色素
感光区域
酶活性区域
（1）化学本质：
（2）分布：
蛋白质（色素——蛋白复合体）
（3）吸收光的类型：
植物的各个部位，
主要是红光和远红光。
其中在分生组织的细胞内比较丰富。
一、光对植物生长发育的调节
（1）化学本质：
（2）分布：
蛋白质（色素——蛋白复合体）
（3）吸收光的类型：
植物的各个部位，
主要是红光和远红光。
其中在分生组织的细胞内比较丰富。
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。
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
资料分析
Pr
Pfr
红光
远红光
（生理失活型）
（生理激活型）
Pr比较稳定，Pfr不稳定。
在黑暗条件下，Pfr会逆转为Pr，降低Pfr浓度。Pfr也会被蛋白酶降解。Pfr的半衰期为20 min到4 h，所以在黑暗条件下，植物体内的光敏色素主要以Pr形式存在。
阳光中红光和远红光都有，但Pr吸收红光，转变成Pfr的速度比Pfr转变成Pr的速度快。
因此，在自然条件下，像莴苣这样的可被光诱导萌发的种子一旦暴露在充足的阳光下，Pfr 浓度就会升高。
当 Pfr 浓度累积到一定量时，便启动萌发过程。
问题10: 参照教材图5－12，尝试用文字和箭头构建光信号转换过程模型。
3、光调控植物生长发育的反应机制
(1)感受信号：光敏色素被激活，其结构发生变化
(2)传导信号：信号经过转导传递到细胞核内
(3)发生反应：细胞核内特定基因转录变化
(4)表现出生物学效应：相应mRNA翻译出特定蛋白质
一、光对植物生长发育的调节
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
光信号
激活
光敏色素
信息传递系统
细胞核
影响特定基因表达
（DNA→mRNA）
翻译
生物学效应（蛋白质）
再来一遍
感受信号
传导信号
发生反应
光敏色素是光的受体。
光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。
光合色素是在光合作用中参与吸收、传递并转化光能等的作用，包括叶绿素和类胡萝卜素等。
光是植物进行光合作用的能量来源
问题11: 光敏色素与光合色素的区别是？
1.下列关于光在植物生长发育中的调节作用的说法，正确的是
A.番茄种子的萌发需要有光条件下
B.棉花需白天长度超过13小时才开花
C.光敏色素主要分布在叶肉细胞内
D.光作为一种信号，影响调控植物的生长、发育的全过程
√
解析　番茄种子的萌发受光的抑制，故A错误；
棉花的开花与昼夜长短无关，故B错误；
光敏色素主要分布于分生组织中，C错误。
实战训练：
2.下面关于光调控植物生长发育的反应机制的说法，不正确的是
A.光敏色素的本质是蛋白质
B.光敏色素主要吸收红光、蓝光
C.光通过影响光敏色素的结构影响特定基因的表达
D.光作为一种信号，影响、调控植株的生长、开花等
√
解析　光敏色素主要吸收红光和远红光。
实战训练：
3.植物的开花与光照时长(黑暗时长)有关。研究人员对A、B两种植物进行如下处理，结果如图所示。下列相关叙述正确的是（ ）
A.满足短日照条件下，闪光打断黑暗时间，不会影响A植物的开花
B.满足长日照条件下，短暂暗处理打断光照时间，会抑制B植物开花
C.3组与4组对比，可得出导致A植物开花的条件是长时间的连续黑暗
D.据图分析，导致B植物开花的条件更为关键的是短时间的连续黑暗
√
实战训练：
4.植物光敏色素是一类色素—蛋白复合体，有红光吸收型(Pr)和远红光吸收型(Pfr)。无活性的Pr在细胞质中合成，接受红光刺激后可转化为有活性的Pfr并转移到细胞核内，影响特定基因的表达，从而表现出生物学效应。下列叙述错误的是（ ）
A.光敏色素分布在植物的各个部位，分生组织中尤为丰富
B.光敏色素接受光刺激后传递信号，影响相关基因的表达
C.Pfr和Pr活性不同是由于其空间结构不同
D.在光合作用中，光敏色素能够吸收、传递、转化光能
√
实战训练：
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。
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。
P109拓展应用
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。
(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
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。
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
合作探究三：请同学们自主阅读教材P107思考讨论，小组合作完成以下问题。
树木的年轮与季节的温度变化有什么直接关系？
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？
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？
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 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。
问题11: 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。
资料1
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。
冬小麦：9~10月播种，经过冬天后，来年春天开花结果。
实践：在春季播种冬小麦，会使麦苗夏季旺长却不开花或者开花太晚，造成减产。
结论：冬小麦需要经历一段时间的低温诱导方可开花（春化作用）。
问题12: 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？
低温的有效温度介于0-10℃，最适温度1-7℃，春化时间由数天到二三十天，具体有效温度和低温持续时间随植物种类而定。春化作用效应表现在低温可改变基因表达、促进DNA胞嘧啶去甲基化而开花。
拓展
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。
问题13: 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？
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。
问题13: 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？
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
植物的所有生理活动都是在_________________ 进行，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；
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
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
影响植物的地域性分布
调节一
通过影响种子萌发、植株生长、开花结果和叶的衰老、脱落等生命活动，从而参与调节植物的生长发育。
调节二
植物分布的地域性很大程度上就是由温度决定的。
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
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
问题14: 根的向地生长和茎的背地生长有什么意义？
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
茎生长的背地性与根生长的向地性的解释：
外因:
内因：
重力引起生长素在植物体内分布不均匀;
根对生长素敏感，浓度高抑制生长；
茎对生长素不敏感，浓度高促进生长。
问题15: 根、茎为什么能感受重力？
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。
植物的平衡石是指淀粉体 — —一种充满淀粉粒的质体。
根部的平衡石在根冠中，茎部的平衡石分布在维管束周围的1～2层细胞中。
在重力影响下，平衡石会下沉到细胞底部，刺激内质网释放出Ca 2+ 。
淀粉—平衡石假说
①向地性的机理——根尖垂直放置时
②向地性的机理——根尖水平放置时
重力信号
根、茎中感受重力的物质和细胞
运输生长素的信号
生长素分布不均匀
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
简单一总结
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。
玉米横放
(1)春化作用是指植物开花需经一定光照时长的诱导(　　)
(2)重力可调节植物生长发育，但与植物形态建成无关(　　)
(3)高等植物正常生长发育需要各个器官、组织、细胞之间的协调和配合(　　)
(4)植物的生长发育完全由植物激素调控(　　)
×
×
√
×
判断正误
实战训练：
5.“淀粉—平衡石假说”认为，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。在垂直放置的根中，平衡石停留在根冠细胞的基部，导致由中柱运来的IAA在根冠均等分布(如图1)；在水平放置的根中，平衡石停留在根冠细胞的近地侧，导致根冠远地侧的IAA向近地侧运输(如图2)。下列分析正确的是( )
实战训练：
A.重力是调节植物生长发育和形态建成的唯一重要环境因素
B.在水平放置的根中，近地侧生长慢的原因是其IAA浓度高于远地侧
C.IAA在根部只能从形态学上端(根冠)向形态学下端(伸长区)运输
D.根向重力生长与平衡石细胞中的淀粉体将重力信号转换成合成生长素
的信号有关
√
课外实践
【设计实验】验证植物根向地性的感受部位在根冠
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
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？
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:
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。
课外实践
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
三、植物生长发育的整体调控
三、植物生长发育的整体调控
三
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
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
小结
一、概念检测
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。
×
√
√
练习与应用(P109)
植物生长发育的整体调控
植物激素
基因表达
环境因素
相互
影响
影响
表达
改变分布情况
2. 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？
二、拓展应用
【答案】可尝试进行遮光处理。
练习与应用
6.下列关于植物生长发育的整体调控的叙述，错误的是（ ）
A.植物的生长、发育、繁殖、休眠，都处在基因适时选择性表达的调控
之下
B.激素的产生和分布是基因表达调控的结果
C.激素的产生和分布不受环境因素影响
D.光照、温度等环境因子变化对植物激素的合成和分解具有调节作用
√
实战训练：
7．高等植物的生长发育受到环境因素调节，光、温度、重力对植物生长发育的调节作用尤为重要，请判断下列说法错误的有几项（ ）①对植物来说，光只是提供能量②光敏色素是一类色素—蛋白复合体，主要吸收红光和远红光③接受到光照射时，光敏色素的结构会发生变化④植物分布的地域性很大程度上就是由光照决定的⑤高等植物正常生长发育需要各个器官、组织、细胞之间的协调和配合⑥年轮、春化作用均能说明温度参与植物生长发育的调节⑦植物对重力的感受可能是通过平衡石细胞来实现的
A．二项 B．四项 C．五项 D．六项
实战训练：
√
8．光敏色素是植物具有的能够接受光信号的分子。下列有关光敏色素的描述中错误的是（　　）
A．光敏色素是一类蛋白质（色素-蛋白复合体）
B．光敏色素分布在植物的各个部位中
C．受到光照射时，光敏色素的结构发生变化
D．光敏色素直接调控基因的表达
√

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