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第5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
第4节 环境因素参与调节植物的生命活动
学习目标
第5章 植物生命活动的调节
1. 光对植物生长发育的调节
2. 参与调节植物生命活动的其他环境因素
3. 植物生长发育的整体调控
讨论
茎向上生长
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，它的根、茎可能会怎样生长？为什么？
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，根则会弯曲向下生长。
是由重力因素调节的。
茎和根很可能会继续横向生长；因为太空中几乎没有重力。
问题探讨
植物的生命活动的调节主要依靠激素调节，同时受环境因素调节。
光、温度、重力对植物生长发育都有调节作用。
光对植物生长发育的调节
②光影响植物种子萌发（烟草、早熟禾、毛蕊花）
『事例1』
结论：莴苣种子在光照一段时间后的发芽率明显高于黑暗条件。
①光影响植物种子萌发（莴苣）
处理 发芽率（%）
全黑暗 6.67
光照/黑暗 91.00
结论：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。
②光影响植物种子萌发（其他）
有光、无光种子均萌发，前者萌发情况好于后者：早熟禾，毛蕊花。
有光抑制萌发：洋葱，番茄。
思考1.萌发需要光的种子一般较_____(小/大) ，储藏的营养物质________（较多 /较少）。
光对植物生长发育的调节
『事例1』
促进种子萌发
抑制种子萌发
光
有光才能萌发(烟草、莴苣)
有光萌发好些(早熟禾、毛蕊花)
(洋葱、番茄)
不是。光参与调节许多植物的种子萌发过程。
光在种子萌发中起了什么作用？影响生长素分布？提供能量？
小
较少
结论：光参与调节许多植物的种子萌发过程。
光对植物生长发育的调节
『拓展应用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。
组别 光照处理方式
对照组 无光照
组1 红光
组2 红光→红外光
组3 红光→红外光→红光
组4 红光→红外光→红光→红外光
不发芽
不发芽
发芽
不发芽
发芽
思考2.你能从上述实验中得出什么结论
① 红光(660nm)促进莴苣种子发芽，但这种作用被远红光(730nm)所逆转。
红光和远红光好比是一对开关，红光打开生物学效应，远红光关闭生物学效应。
②若反复使用红光和远红光，其作用效果取决于最后一次处理的光质。
光对植物生长发育的调节
『拓展应用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。
思考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？
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。
光对植物生长发育的调节
『事例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。
豆芽
豆苗
思考3.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。
暗形态建成
光形态建成
黑暗
光照
光对植物生长发育的调节
『事例3』
光调节植物开花（日照长短）
很多植物的开花与昼夜长短有关。
①菠菜只有白天长度超过13小时才开花;
②菊、水稻则要在白天短于一定的时长才开花
③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4. 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。
光对植物生长发育的调节
『拓展应用2』光影响植物开花
长日照植物：24小时中，白天的长度大于某个临界值（11 h）才开花。
短日照植物：24小时中，白天的长度短于某个临界值（11 h）才开花。
光对植物生长发育的调节
『拓展应用2』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。
证实结论：一个周期中连续黑暗时间决定是否开花。
光对植物生长发育的调节
『拓展应用3』红光和远红光调节植物开花的不同作用
结论：取决于最后一次照射光的颜色，红光有效，远红光无效。
光对植物生长发育的调节
『拓展应用4』光信号在植物体内的转换
结论：光信号在植物体内被转换为化学物质信号。
思考5.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？
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，能保证正常地繁衍后代，这也是植物对环境的适应。
光对植物生长发育的调节
光对植物生长发育的调节
事实1：光参与调节许多植物的种子萌发过程。
拓展1：红光促进莴苣种子萌发，远红光可逆转此效应。
事实2：光影响植物的颜色和形态。
事实3：某些植物开花与黑暗时长有关。与植物激素的分泌有关
拓展2：一个周期中连续黑暗时间决定是否开花。
拓展4：光信号在植物体内转换为化学信号。
综合分析以上资料
拓展3: 若反复使用红光和远红光，其作用效果取决于最后一次处理的光质
光对植物生长发育的调节
（1）科学问题：光是如何调节植物生长发育的？
①红光和远红光对植物种子萌发和开花调控作用不同的分子机理是什么？
②光信号在植物体内转换为化学信号的具体过程是什么？
提出下一步待研究的科学问题
观察
分析实验结果，得出实验结论，回答科学问题
实施实验
设计实验
提问
观察、分析、总结现象：
①光对植物种子萌发、颜色和形态建成、开花与否具有调节作用。
②远红光可以逆转红光对种子萌发和开花的调节作用。
③光信号在植物体内转换为化学信号。
（2）科学探究的基本流程
光对植物生长发育的调节
观察
分析实验结果，得出实验结论，回答科学问题
实施实验
设计实验
提问
（2）科学探究的基本流程
设计实验，实施实验：科学家完成设计和实施过程。
分析结果，得出结论，回答科学问题：
①——红光使光敏色素（光受体）转变为有活性结构，远红光作用相反。
②——光敏色素接收光信号后将之转换为胞内cGMP和Ca2+信号，进一步引起基因表达的改变。
提出待研究的科学问题：光是如何调节植物生长发育的？
将以上问题分解为子问题：
①红光和远红光对植物种子萌发和开花调控作用不同的分子机理是什么？
②光信号在植物体内转换为化学信号的具体过程是什么？
过渡
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
光对植物生长发育的调节
1.光对植物生长发育的作用
(1)光是植物进行__________的__________。
能量来源
(2)光作为一种信号，_____、 植物生长、发育的全过程。
光合作用
影响
调控
思考1.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
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:
(2) 分布:
(3) 吸收光的类型:
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
光敏素有Pr和Pfr两种状态，能够相互转换。
Pr在红光照射下快速变为Pfr，
Pfr在远红光的照射下慢慢变为Pr。
Pr构象不具有生物学效应，
Pfr构象具有生物学效应
感光区域
酶活性区域
光对植物生长发育的调节
3.光调控植物生长发育的反应机制
Pr
Pfr
①感受信号
②传递信号
③做出反应
④生物学效应
光对植物生长发育的调节
RNA
DNA
翻译
②
③
①
④
①光敏色素被激活，构象发生变化。
②信号经过转导，传递到细胞核内。
③调控细胞核内特定基因的转录
④表现出生物学效应
光敏色素
光
环境或生理信号
受体
生物学效应
信号转导
基因表达
3.光调控植物生长发育的反应机制
光敏色素是光的受体，光仅是一种信号；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。
【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
课堂检测
【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
课堂检测
参与调节植物生命活动的其他环境因素
1.温度
1.树木的年轮与季节的温度变化有什么直接关系？
讨论
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』
颜色较浅的宽带
颜色较深的细带
春夏季，温度高，雨量多
秋冬季，温度低，雨量少
细胞分裂快，细胞体积大
细胞分裂慢，细胞体积小
一年
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。
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？
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。
1.温度
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。
参与调节植物生命活动的其他环境因素
1.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
课堂检测
【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
参与调节植物生命活动的其他环境因素
2.重力
低浓度
促进生长
高浓度
抑制生长
低浓度
促进生长
高浓度促进生长
思考.植物如何感受重力作用，从而使生长素由远地侧向近地侧运输？
参与调节植物生命活动的其他环境因素
(1)重力是调节植物________和__________的重要环境因素。
生长发育
形态建成
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。
2.重力
思考.根的向地生长和茎的背地生长有什么意义呢？
参与调节植物生命活动的其他环境因素
(2)调节机理
植物的根、茎中具有感受重力的物质和细胞，可以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
参与调节植物生命活动的其他环境因素
2.重力
(3)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。
参与调节植物生命活动的其他环境因素
2.重力
(3)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
参与调节植物生命活动的其他环境因素
(3)淀粉—平衡石假说
促进生长
抑制生长
皮层
中柱
根冠
淀粉体
平衡石细胞
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
对植物生长
产生影响
2.重力
『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，根是靠根冠中的细胞感受重力，从而引起向地性生长的。真的是这样吗？我们可以设计实验来进行验证。
发芽的玉米粒
提示：实验可以用刚刚萌发的玉米粒（实际上是颍果，农业上称为种子）为材料。为便于观察，可以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？
参与调节植物生命活动的其他环境因素
1
自变量
根冠的有无
2
因变量
根的生长方向
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0.5mm，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
参与调节植物生命活动的其他环境因素
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。
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。
2. 激素调节
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。同时，激素的产生和分布是基因表达调控的结果，也受到环境因素的影响。
3. 环境因素调节
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。
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
植物生长发育的整体调控

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