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第5章 第4节
人教版 选择性必修1
种子萌发后，根向地生长、茎背地生长。
如果把它推倒，根和茎又会怎么生长呢？
茎会弯曲向上生长，根则弯曲向下生长
茎和根的生长是受哪种因素调节的？
受重力因素调节的
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？
茎和根很可能会继续横向生长；因为太空中几乎没有重力。
茎和根很可能会继续横向生长；因为太空中几乎没有重力。
茎和根很可能会继续横向生长；因为太空中几乎没有重力。
环境因素
重力
光
温度
01
光对植物生长发育的调节
___________
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
阅读课本资料分析并思考相应问题！
一
光对植物生长发育的调节
资料1 少数植物（如烟草和莴苣）的种子需要在有光的条件下才能萌发，有些植物（如早熟禾和毛蕊花）的种子在有光条件下萌发得好一些，还有一些植物（如洋葱和番茄）的种子萌发，则受光的抑制。研究发现，萌发的需要光的种子一般比较小，储藏的营养物质也很少。
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
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
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
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。
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。推测：光本身是植物萌发过程中的一种调节因子。
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(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。
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(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。
2. 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。
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。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，如黄瓜、棉花、向日葵等。
这些植物开花与光照时间有什么关系？
光照
黑暗
黑暗
光照
临界日长
知识拓展
光周期是指一日之内光照时间长短的变化，也就是在白昼与黑夜循环中日照长短的变化
1.光周期
每天光期长于一定临界长度并经过一定天数才能开花
长日植物
因我国地处北半球，春天日长逐渐增加，在春天开花的植物如洋葱、甜菜、胡萝卜、莴苣、菠菜、冬小麦等多为长日照植物。
黑暗
黑暗
光照
临界日长
光照
光照
黑暗
黑暗
光照
临界日长
知识拓展
光周期是指一日之内光照时间长短的变化，也就是在白昼与黑夜循环中日照长短的变化
1.光周期
每天光期长于一定临界长度并经过一定天数才能开花
长日植物
短日植物
当每天光期短于一定临界长度并经一定天数后，它们才能开花
我国秋天开花的植物如水稻、棉花、菜豆、大豆、秋菊等多为短日照植物。
黑暗
黑暗
光照
临界日长
光照
光照
黑暗
黑暗
光照
临界日长
知识拓展
光周期是指一日之内光照时间长短的变化，也就是在白昼与黑夜循环中日照长短的变化
1.光周期
每天光期长于一定临界长度并经过一定天数才能开花
长日植物
短日植物
当每天光期短于一定临界长度并经一定天数后，它们才能开花
日中性植物
它们对每天光期要求范围很广，在任何日照长度条件下都能开花。
如番茄、番薯、玉米、黄瓜、四季豆和蒲公英等。
知识拓展
从这个实验结果中你能得出什么结论？
植物的开花与日照长度无关，而是需要一定时长的持续夜长。因此，短日植物实际是长夜植物，而长日植物实际是短夜植物。（了解）
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。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，如黄瓜、棉花、向日葵等。
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？
光照时长( 黑暗时长)在起作用；这与植物激素的分泌有关。
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？
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。
光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。
资料分析
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。
资料分析
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。
上述结果说明，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。
光敏色素
感光区域
酶活性区域
资料分析
1.光敏色素：
是一种易溶于水的具有独特吸光特性的蛋白质。
2.光敏色素有两种类型：
红光吸收型（Pr）和远红光吸收型（Pfr）。
Pr
Pfr
红光
远红光
（生理失活型）
（生理激活型）
能够促进种子萌发，抑制茎的垂直生长，促进分枝，调节生物节律，控制花期等
资料分析
Pr
Pfr
红光
远红光
（生理失活型）
（生理激活型）
植物体合成的光敏色素是Pr。
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。
一
光对植物生长发育的调节
光敏色素是一类蛋白质（色素—蛋白复合体），分布在植物的各个部位，其中在分生组织的细胞内比较丰富。在受到光照射时，光敏色素的结构会发生变化，这一变化的信息会经过信息传递系统传导到细胞核内，影响特定基因的表达，从而表现出生物学效应（图5 - 12）。
(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
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示意图
问：光敏色素与光合色素的作用有什么区别？
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
一
光对植物生长发育的调节
光受体主要包括光敏色素、隐花色素、向光素及 UV-B 受体等。其中，光敏色素主要感受红光和远红光，隐花色（又被称为蓝光受体）主要吸收蓝光和 UV-A。UV-A 为长波紫外线，波长 320 ～ 400 nm；UV-B 为中波紫外线，波长 290 ～ 320 nm。（了解）
茎和根很可能会继续横向生长；因为太空中几乎没有重力。
环境因素
重力
光
温度
参与调节植物生命活动的其他环境因素
02
二
参与调节植物生命活动的其他环境因素——温度
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。年轮出现的原因是：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。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。
二
参与调节植物生命活动的其他环境因素——温度
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。年轮出现的原因是：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。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。
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。
二
参与调节植物生命活动的其他环境因素——温度
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？
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。
二
参与调节植物生命活动的其他环境因素——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。
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着季节的步伐。
随着昼夜交替，气温午高夜低，植物的代谢也会有旺盛和缓慢之分。
温度可以通过影响种子萌发、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。
植物的所有生理活动都是在一定的温度范围内进行
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——重力
重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因素。
植物是如何对“上下”作出反应的呢？
二
参与调节植物生命活动的其他环境因素——重力
二
参与调节植物生命活动的其他环境因素——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。
平衡石原指甲壳类动物器官中一种管理平衡的沙粒。
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+ 。
二
参与调节植物生命活动的其他环境因素——重力
根尖垂直放置时
二
参与调节植物生命活动的其他环境因素——重力
根尖水平放置时
刺激内质网释放Ca 2+ 到细胞质中，Ca 2+ 和特定蛋白质相结合，激活细胞底部的钙泵和生长素泵。使近地侧积累较多的Ca2+和IAA。
Ca 2+
Ca 2+
植物生长发育的整体调控
03
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。
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
课外实践
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，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
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
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。
课后练习
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。
×
√
√
3.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？
植物激素
基因表达
环境因素
可尝试遮光处理！
课后练习
4.科学家用红光和红外光依次照射的方法，对一批萬苣种子进行处理，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。
由上述实验结果可以得出什么结论
(2 )萬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？
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
红光促进葛萱种子发芽，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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