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第5章 植物生命活动的调节
第4节 环境因素参与植物的生命活动
本节聚焦
光是怎样调节植物生长发育的？
温度、重力等环境因素是怎样参与调节植物生长发育的？
植物接受环境因素的调节有什么适应意义？
问题探讨 P105
讨论
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。
根的向地性
茎的背地性
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，同时受环境因素的调节。光、温度、重力对植物生长发育的调节作用尤为重要。
光是植物进行光合作用的能量来源。对于植物，光只是提供能量吗？
一、光对植物生长发育的调节 P105
烟草、莴苣的种子
萌发
不萌发
早熟禾、
毛蕊花
有光比无光萌发更好
洋葱
番茄
光抑制种子萌发
萌发
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？
不是。种子没有叶绿体，不能进行光合作用。
推测：光是一种信号，是种子萌发过程中的一种调节因子。
资料1 P105
研究发现，萌发需要光的种子一般较小，储藏的营养物质也很少。
从适应性角度理解，为何体积较小的种子萌发需要光照？
体积种子小，储藏的营养物质少，萌发后需要立即光合作用制造有机物，供生长利用。
资料1 P105
结论:光参与调节许多植物的种子萌发过程。
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。
豆芽（黑暗中培育）
豆苗见光培育
资料2 P105
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。
讨论2：从豆芽到豆苗，光对植物的颜色和形态有什么影响?
结论： 光影响植物的颜色和形态。
① 开花与昼夜长短有关；
白天长度超过13小时才开花
② 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 P105
结论：植物开花与光照时长有关。
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？ P105
是光照时长(黑暗时长)在起作用；与植物激素的分泌有关。
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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
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。
资料1 光参与调节许多植物的种子萌发过程。
资料2 光影响植物的颜色和形态。
资料3 某些植物开花与黑暗时长有关。
综合分析以上资料：
讨论4：
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？ P105
（1）光是植物进行光合作用的能量来源；
（2）光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。
在自然界中，种子萌发，植株生长、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。
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？
1.光对植物生长发育的作用
一、光对植物生长发育的调节 P105
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。
2.光信号传导的结构基础之一——光敏色素
(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
3.光调控植物生长发育的反应机制 P106
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
光调控植物生长发育的反应机制
除了光，温度、重力等环境因素也会参与调节植物的生长发育。
温度和重力因素是如何参与植物生命活动的调节的呢？
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素 P106
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： P107
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。
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
讨论：1. 树木的年轮与季节的温度变化有什么直接关系？
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。 P107
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：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）。
资料2
讨论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？
蕙兰
二
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。
讨论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？
温度参与植物生长发育的调节的具体表现
（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
重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因素。
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。
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
根的向地生长和茎的背地生长有什么意义呢？
根和茎对生长素浓度的敏感性不同。
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。
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。 P108
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
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，起平衡石的作用。
设计实验：验证植物向地性的感受部位在根冠 P108
研究表明： 根冠感受了重力方向后，通过运输物质（生长素）的量影响根尖生长方向。
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预期结果
切去不同长度的根尖端
硝酸银灼烧根尖
哪怕仅切掉0.5 mm，根依然失去了向地性
结果类似
减法原理
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预期结果
待切去尖端后的根尖重新长出尖端
恢复向地性
加法原理
三、植物生长发育的整体调控 P108
高等植物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没事基因表达调控、激素调节和环境因素调节共同完成的。
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
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。( )
×
√
√
一、概念检测
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，这些萬苣种子的发芽情况如下表所示。
二、拓展应用
(1) 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？
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。

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