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第五章
植物生命活动的调节
授课人：
5.4 环境因素参与调节植物的生命活动
人教版（2019）
SZ-LWH
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一、光对植物生长发育的调节
2.如果将幼苗横过来，根、茎的生长方向是怎样的？
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。
4.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？
5. 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。
可见，高等植物的生长发育是受环境因素调节的。光、温度、重力对植物生长发育的调节尤为重要。
根向地生长、茎背地生长。
根会弯曲向下生长，茎则弯曲向上生长。
1.种子萌发后根、茎的生长方向是怎样的？
3.横放后茎和根的生长是受哪种因素调节的？
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一、光对植物生长发育的调节
光在植物生长发育中的调节作用
思考讨论：
种子体积小，储藏的营养物质少，萌发后需要立即光合作用制造有机物。
不是,推测：光本身是植物萌发过程中的一种信号/调节因子。
少数植物的种子在有光条件下才能萌发；如烟草、莴苣
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，受光的抑制。如洋葱、番茄
研究发现，萌发需要光的种子一般比较小，储藏的营养物质也很少。
资料1
讨论:从适应性角度理解，为何体积较小的种子萌发需要光照？
毛蕊花
烟草种子
讨论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？
结论1：光影响种子萌发
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一、光对植物生长发育的调节
资料2
豆芽是在黑暗的环境中培育的，细胞中不含叶绿素，茎比在光下要长很多。
对比豆芽是在黑暗下和见光下的培养，你发现二者有什么区别？
豆芽一旦见光，就会发生形态变化并长成豆苗
讨论2：从豆芽到豆苗，光对植物的颜色形态有什么影响？
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。
结论2：光影响植物的颜色和形态建成
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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关。如菠菜只有白天长度超过13小时才开花；菊、水稻要白天短于一定时长；黄瓜、棉花、向日葵等开花和白天长度无关。
菠菜
水稻
棉花
黄瓜
向日葵
菊
是光照时长(黑暗时长)在起作用；与植物激素的分泌有关。
讨论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
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。
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一、光对植物生长发育的调节
资料3
结论1：光影响种子萌发；
结论2：光影响植物的颜色和形态建成；
结论3：有些植物开花与昼夜时长有关。
小结：光的作用
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。
决定是否开花的因素是：一个周期中连续黑暗时间。
讨论4.到底是日照长度还是黑暗时间长度影响植物开花？
菠菜 —— 白天超过13 h（长日植物）
菊、水稻 —— 白天短于一定时长（短日植物）
黄瓜、棉花、向日葵 —— 和昼夜长短无关（日中性植物）
结论3：有些植物开花与昼夜时长有关
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一、光对植物生长发育的调节
1、光的作用
光的调控
种子萌发
植株生长
开花
衰老
均受到
① 光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。
②光是植物进行光合作用的能量来源
植物是如何感受到光照？
光是如何调控植物生长发育的呢？
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一、光对植物生长发育的调节
资料4：科学家在短日照条件下分别培养短日照植物和长日照植物，前者开花，后者不开花。然后将长日照植物的枝条嫁接到短日照植物的枝干上，仍然给予短日照的条件，发现这个嫁接过去的长日照植物枝条居然在短日照条件下开花了。
光信号在短日照植物体内被转换为化学信号并运输到嫁接的长日照植物的枝条。
由此，你可以得出什么结论？
接受光信号——光敏色素
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一、光对植物生长发育的调节
2、光敏色素—一种能接收光信号的分子
蛋白质（色素-蛋白复合体）
植物的各个部位，在分生组织的细胞内比较丰富。
主要吸收红光和远红光，受到光照时，光敏色素结构会发生改变。
化学本质：
分布：
功能：
②光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，是吸收、传递并转化光能的物质，分布在叶绿体的类囊体薄膜上。
①光敏色素是一类蛋白质，是光信号的受体，分布在植物体的各个部位。
思考：从本质、作用、分布角度说说光敏色素就是光合色素吗？
红光
光敏色素
激活态
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。（教材P106）。
高频考点
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一、光对植物生长发育的调节
思考：光是如何调控植物生长发育的呢？
处理 萌发率（%）
黑暗（对照） 8.5
红光 98
红光→远红光 54
红光→远红光→红光 100
红光→远红光→红光→远红光 43
红光→远红光→红光→远红光→红光 99
资料4 红光和远红光处理对莴苣种子萌发的影响
思考：1、用红光和远红光交替多次处理，则种子的萌发率取决于哪种光？
种子的萌发率取决于最后一次处理的是哪种波长的光。
2、根据实验结果，推测对莴苣种子萌发起抑制作用的是哪种光？
远红光
3、你能从上述实验中得出什么结论？
结论：红光促进种子萌发，远红光可逆转这种效应。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。
色素—蛋白复合体
Pr构象不具有生物学效应，Pfr构象具有生物学效应。
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一、光对植物生长发育的调节
3、光调控植物的反应机制
思考：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？
感受信号
传导信号
发生反应
受到
光照射
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
DNA
③细胞核内特定基因的转录变化
RNA
翻译
④表现出生物学效应
相关资料：(点击播放视频）
林荣呈：植物的“眼睛”让你大开眼界
光信号
激活
光敏色素
信息传导
细胞核
影响特定基因表达
（DNA→mRNA）
翻译
生物学效应（蛋白质）
尝试用文字和箭头构建光信号转换过程模型。
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。落叶树的叶片在秋冬季变黄、脱落。
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二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
思考讨论：
温度参与植物生长发育的调节
资料1 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：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，细胞体积较小，树干上形成颜色较深的带。
讨论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。
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进植物开花的作用，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会，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。
冬小麦
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？
南 北
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二、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、气温周期性变化，植物发芽、开花、落叶、休眠，
生命活动的节奏追随季节的步伐。
（2）随着昼夜交替，气温午高夜低，植物的代谢有旺盛和缓慢之分。
（3）植物的所有生理活动均在一定温度范围内进行。温度通过影响种子萌发、植株生长、开花结果和叶的衰老、脱落等生命活动，参与植物生长发育。
（4）植物分布的地域性很大程度由温度决定。
西双版纳热带季雨林
温带常绿阔叶林
落叶阔叶林
针叶林
[总结:把握本质]植物的所有生理活动都是在一定的温度范围内进行的。温度对植物生命活动的影响本质上主要是通过对酶活性的影响带来的
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二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
2、重力：调节机制
根的向地性
茎的背地性
重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因素。
重力
远地侧
近地侧
根、茎中具有感受重力的物质和细胞
调节植物的生长方向
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
低浓度促进
高浓度抑制
浓度小促进
浓度大促进更好
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二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
2、重力：淀粉—平衡石假说
被普遍承认的一种解释重力对植物生长调节的机制。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。
根的放置方向改变
平衡石细胞中的“淀粉体”
会沿着重力方向沉降
植物体内一系列信号分子改变
如影响生长素的运输导致生长素沿重力刺激方向不对称分布
对植物生长产生影响
机理：淀粉体对平衡石细胞底部内质网的压力垂直时，压力均等，水平时，压力不均等
淀粉体
平衡石细胞
促进生长
抑制生长
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二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
2、重力：淀粉—平衡石假说
IAA
IAA
IAA
根尖垂直放置时
生长素运往根冠
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运往伸长区
伸长区
根冠
淀粉粒
平衡石细胞
根尖水平放置时
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。
近地侧高浓度生长素抑制近地侧根尖生长
远地侧低浓度生长素促进远地侧根尖生长，根尖向地弯曲。
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二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
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
思考：请根据淀粉—平衡石假说解释根的向地性和茎的背地性产生原因？
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。
提示
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二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
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？
项目 处理 预期结果
减法原理 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 _____________
对照组 保留尖端 __________
根失去向地性
表现向地性
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,可采用切除根冠的方法进行处理。
因变量:
根是否出现向地生长，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。
书P108
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三、植物生长发育的整体调控
基因表达调控
激素调节
环境因素调节
影响
调控激素产生和分布
影响激素产生和分布
响应变化
光、重力、温度
IAA、GA、CTK、
ABA、ETH、BA
传递
信息
器官和个体水平上的变化
细胞与细胞之间、器官与器官之间的协调
激素的产生、分布
基因适时选择性表达
植物的生长、发育、繁殖、休眠等。
调控
表现
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。阅读课本P108，尝试构建三者的关系。
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、细胞之间的协调和配合。植物生长发育的调控，是由基因表达的调控、激素调节和环境因素调节共同完成的。
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三、植物生长发育的整体调控
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。阅读课本P108，尝试构建三者的关系。
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、细胞之间的协调和配合。植物生长发育的调控，是由基因表达的调控、激素调节和环境因素调节共同完成的。
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,某个细胞基因如何表达会根据需要作调整。
植物的生长、发育、繁殖、休眠等都处在基因适时选择性表达调控之下。
多细胞植物体细胞与细胞、器官与器官之间的协调需要通过激素传递信息。
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。
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。
个体层次，植物的生长、发育、繁殖、休眠是植物响应环境变化，调控基因表达以及激素的产生、分布，最终表现在器官和个体水平上的变化。
影响
调控激素产生和分布
影响激素产生和分布
响应变化
光
重力
温度
生长素、
赤霉素、
细胞分裂素、
脱落酸、乙烯、油菜素内酯
书P108
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课堂小结
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现学现用
1、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
2、植物的开花与光照时长(黑暗时长)有
关。研究人员对A、B两种植物进行如右
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
D
D
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现学现用
3、“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（ ）
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
B
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现学现用
A.图中a、b、c依次代表植物激素、基因和环境因素
B.单侧光照可以影响生长素在胚芽鞘伸长区的横向运输体现c改变a的分布
C.赤霉素调控萌发大麦种子α-淀粉酶基因表达体现a对b的影响
D.a的产生和分布是b调控的结果，也受到c的影响
4、植物的生长发育的调控，是由基因表达调控、激素调节和环境因素调节共同完成的(三者关系如图所示)。下列说法不正确的是( )
B
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练习与应用
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。
×
√
√
一、概念检测
植物激素
基因表达
环境因素
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练习与应用
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。
二、拓展应用
由上述实验结果可以得出什么结论
(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？
谢谢观看
--为学习加油
人教版（2019）

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