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5.4 环境因素参与调节植物的生命活动
第5章 植物生命活动的调节
问题探讨
环境因素参与调节植物的生命活动：
环境因素：单侧光
环境因素：重力
温度、水肥、土壤等
还有哪些环境因素影响植物的生命活动？
结论：
推测：光本身是植物萌发过程中的一种调节因子。
光对植物生长发育的调节
1
光对种子萌发的影响
【资料1】探究影响莴苣种子萌发的因素：
光照有利于莴苣种子的萌发，提高发芽率
1、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
2、那些需要光才能萌发的种子，光起什么作用？
种子刚萌发时无叶片，无法利用光能进行光合作用。
有些植物种子萌发，则会受到光的抑制（番茄、洋葱、西瓜等）
番茄种子
洋葱种子
西瓜种子
有些植物种子需要在有光条件下才能萌发（烟草、莴苣、草莓等）
烟草种子
莴苣种子
草莓种子
1
光对种子萌发的影响
思考：萌发需要光照的种子一般较小，对于植物的生长有什么适应意义吗？
较小的种子储存的营养物质较少，有光条件下才萌发，使得较小的种子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”。
光对植物生长发育的调节
2
光对植株生长的影响
【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。
思考: 从豆芽到豆苗，光对植物的颜色和形态有什么响影
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。
黄豆种子
【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。
有的植物的开花与昼夜长短有关:
有的植物的开花与昼夜长短无关：
长日照植物
短日照植物
白天短于一定时长
白天超过一定时长
日中性植物
对日长不敏感
光对植物生长发育的调节
3
光对植物开花的影响
【思考】到底是日照长度还是黑暗时间长度影响植物开花？
光对植物生长发育的调节
3
光对植物开花的影响
决定是否开花的因素是：一个光周期中 。
【资料4】科学家将长日照植物枝条嫁接到短日照植物枝干上，给予短日照条件，发现嫁接过去的长日照植物枝条居然在短日照条件下开花了。
光对植物生长发育的调节
3
光对植物开花的影响
思考: 嫁接过去的长日照植物枝条在短日照条件下开花了 是什么因素引起的？
植物能够对光作出反应，表明植物可以感知 ，并据此调整生长发育。
那么植物是怎样感受到光照的呢？
光信号
【资料5】（P109：拓展应用）：红光和远红光对莴苣种子萌发的影响
远红光抑制莴苣种子发芽
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→远红光 不发芽
组3 红光→远红光→红光 发芽
组4 红光→远红光→红光→远红光 不发芽
组5 红光→远红光→红光→远红光→红光 发芽
组6 红光→远红光→红光→远红光→红光→远红光 不发芽
红光促进莴苣种子发芽
远红光可逆转红光的作用
植物接受红光--远红光信号的分子——
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。
由表可知，莴苣种子是否能够发芽率取决于什么？
(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
光对植物生长发育的调节
4
光信号传导的结构基础——光敏色素
（生理失活型）
（生理激活型）
相关信息（P106）：
植物体内除光敏色素，还有感受蓝光的受体。可认为，环境中红光、蓝光，对植物生长发育来说，是非常关键的。
白天太阳光中，红光比远红光多，光敏色素多被 。
激活
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
光敏色素结构变化
细胞核
影响特定基因表达
（DNA→mRNA）
翻译
生物学效应(蛋白质)
信息传递系统
（4）光调控植物生长发育的反应机制
光敏色素感知光信号后，细胞发生了什么反应，各反应与细胞哪些结构有关？
1、“待到秋末九月八，我花开后百花杀”这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。
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。
解决实际问题
(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？
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？
白天把花搬到暗室，或用黑色塑料袋遮光，
晚上7点到第二天6点，用强光照射，这样处理7天，昙花就可在白天开放。
【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
②
宽带（深带）
细带（深带）
1.树木的年轮与季节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。
温度对植物生长发育的调节
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。
【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
②
宽带（浅带）
细带（深带）
1.树木的年轮与季节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。
温度对植物生长发育的调节
春夏季，温度高，雨水丰富，细胞分裂旺盛，新产生的细胞大，颜色较浅
秋冬季，温度低，雨水偏少，分裂出的细胞形状小，细胞壁厚，颜色较深
温度对植物生长发育的调节
冬小麦：9-10月播种，经过冬天后，来年春天开花结果。
长势旺盛却不开花
开花、结果
自变量：
是否低温处理
2、秋末冬春的低温是诱导开花的必要条件。经研究发现，低温能促进冬小麦体内赤霉素含量增加。这说明什么？
温度可以影响植物激素的合成进而影响植物生长发育。
未经低温处理的冬小麦，可以 诱导开花。
花期调控除了 处理，也可以采用 处理、 处理。
1、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？
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。
温度对植物生长发育的调节
光照
温度
生长调节剂
施用适宜的赤霉素
温度对植物生长发育的调节
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，但气温高，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。
植物分布的地域性很大程度上就是由 决定的。
西双版纳热带季雨林
温带常绿阔叶林
落叶阔叶林
针叶林
温度对植物生长发育的调节
温度
重力对植物生长发育的调节
种子萌发后，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。
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？
3.根的向地生长和茎的背地生长对植物生长发育有什么意义？
根向地生长，可以深扎根，利于 ；
茎背地生长，可以将枝条伸向天空，利于吸收 。
吸收水分和无机盐
阳光进行光合作用
重力是调节植物__________和___________的重要环境因素
生长发育
形态建成
“淀粉—平衡石假说”
1、 根尖垂直放置时
淀粉体均匀分布在平衡石细胞底部内质网上，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
淀粉粒
植物是如何感受到重力刺激的呢？如何对“上下”作出反应？
重力调节植物生长方向的机制：
在根冠、胚芽鞘尖和茎的内皮层细胞中有比重比较大的淀粉体分布，受重力影响而沉积在细胞底部，是一种平衡石细胞。
淀粉体
①水平放置时，淀粉体沿着重力方向沉降到 侧，导致该侧压力大。
近地
抑制
促进
②压力大的一侧运输更多 至伸长区
④低浓度的生长素_____远地侧根尖生长。根尖向 弯曲生长。
③高浓度的生长素_____近地侧根尖生长。
生长素
2、 根尖水平放置时
“淀粉—平衡石假说”
重力调节植物生长方向的机制：
重力对植物生长发育的调节
地
发芽的玉米粒
组别 处理 预期结果
对照组
实验组1
实验组2
减法原理
加法原理
以上实验设计应用了什么实验原理呢？
实验：验证植物根的向地性感受部位在根冠
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？
自变量:
是否有根冠
因变量:
根是否出现向地生长
不做处理
有向地性
切去根冠
失去向地性
待切去尖端后的
根尖重新长出尖端
恢复向地性
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 。
基因适时 。
植物的生长、发育、繁殖、休眠等。
调控
激素是 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 以及 的产生、分布
器官和个体水平上的变化
植物生长发育的调控，是由 、 和 共同完成的。
全套基因
选择性表达
信息
基因表达
激素
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
概念模型构建：阅读P108第3、4自然段，用文字和箭头表示出调节植物生长发育的环境因素、植物激素和基因表达之间的关系
植物生
长发育
植物
激素
特异
受体
信号
转导
调控基
因表达
细胞分裂
细胞伸长
细胞分化
细胞死亡
植物生
长发育
光
光敏色素(光受体)
信号
转导
调控基
因表达
生物学效应
植物激素与光的机制对比
植物生长调节剂的类型和作用
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。

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