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第4节 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
说明光对植物生长发育的调节作用。
简述温度、重力等参与调节植物生命活动。
说明环境因素的调节与植物的适应性之间的关系。
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？
问 题 探 讨
茎和根很可能会继续横向生长；因为太空中几乎没有重力。
除了重力，还有哪些环境因素参与调节植物的生命活动？
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能量来源，对于植物还有其他作用吗？
一、光对植物生长发育的调节
质疑：
光在植物的向光性中起什么作用？
光在植物生长发育中的调节作用
1.实例：
少数植物（如烟草和莴苣）种子需在有光的条件下才能萌发
有些植物(如早熟禾、毛蕊花)种子有光条件下萌发得好一些
一些植物（如洋葱、番茄）的种子萌发，则受光的抑制
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。推测光是植物萌发过程中的一种信号。
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光影响种子萌发
资料1：
黄豆种子
无光
有光
豆芽
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。
茎伸长，出现
弯钩，不含叶
绿素
茎伸长减慢
弯钩伸展
合成叶绿素
【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
② 光对植物形态构建的影响
③ 光对植物开花的影响
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，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
很多植物的开花都与光周期的季节性变化有着极为显著的关系。生物体对光周期的生理反应，称为光周期现象。
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？
是光照时长(黑暗时长)在起作用；与植物激素的分泌有关。
『拓展』
长日照植物：24小时中，白天的长度超过某个临界值才开花。
长日照植物=短夜植物
短日照植物：24小时中，白天的长度短于某个临界值才开花。
短日照植物=长夜植物
光调节植物开花的具体机制
日中性植物：对每天日照的时间长短并不敏感，如天竺葵(洋绣球)。
长日照植物和短日照植物的临界日长（夜长）根据物种不同而不同，并不是严格的12小时。
结论: 一个周期中连续黑暗时间决定是否开花。
长日照植物开花原因不是光照总时长满足其要求，而是满足了短夜条件。
短日照植物不开花，因为黑暗时长不能满足其要求 ，暗期越长，开花越早。
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？
（1）萌发需要光照的种子一般较小，这是对环境的适应——萌发后立即进行光合作用，从而避免在无光条件下萌发后“饿死”。
（2）植物在生长、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。
光的调控
种子萌发
植株生长
开花
衰老
均受到
(2) 光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。
(1)光是植物进行光合作用的能量来源；
从以上例子可知，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。
【小结】光对植物生长发育的作用:（背诵）
上午
下午
上午
下午
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？
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（长光波）。
光敏色素
感光区域
酶活性区域
光敏色素主要红光和远红光，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非常关键。
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： 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。
3、光调控植物的反应机制
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
光信号
激活
光敏色素
细胞核
影响特定基因表达
（DNA→mRNA）
生物学效应（蛋白质）
翻译
信息传导
感受信号
传导信号
发生反应
表现效应
细胞水平：伸长、分裂、分化、衰老等
器官水平：种子萌发、生长、开花、结果等
光敏色素vs光合色素？？？
化学本质 作用 分布 合成条件
光合色素
光敏色素
不是蛋白质
蛋白质
吸收、传递、转化光能
光的受体
叶绿体类囊体薄膜
各个器官，尤其是分生组织细胞中
叶绿素的合成需要光照
有无光均可
光敏色素≠光合色素
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？
二、参加调节植物生命活动的其他环境因素
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；
②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。
宽带
细带
思考·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。
1.温度参与植物生长发育的调节
2.经过春化作用才开花的意义是什么？
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。
资料2 有些植物在生长需要经历一段时期的低温之后才能开花（春化作用）。冬小麦、冬大麦、蕙兰就是这样。
冬小麦：9-10月播种，经过冬天后，来年春天开花结果。
这种经历低温诱导促使开花的作用，叫做春化作用
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？
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“光合午休”。
气孔
举例1
举例2
叶片变黄、脱落: 落叶树的叶片在秋冬季变黄、脱落。
（1）随着季节轮回、气温_________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。
（2）随着昼夜交替，气温__________，植物的代谢也会有_____和_____之分。
（3）植物的所有生理活动均在_______________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、脱落等调节植物的生长发育。
2.温度参与植物生长发育调节的具体表现
周期性
午高夜低
旺盛
缓慢
一定温度范围内
西双版纳
热带季雨林
温带常绿阔叶林
落叶阔叶林
寒带针叶林
植物的地域性分布
（4）植物分布的_______很大程度上就是由温度决定的。
地域性
重力是调节植物__________和__________的重要环境因素。
生长发育
形态建成
3.重力参与植物生长发育的调节
根向地、茎背地生长
（1）实例：
【思考】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。
根的向地性
茎的背地性
根、茎中具有感受重力的物质和细胞
调节植物的生长方向
（2）作用机制：
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
根、茎中感受重力的细胞是什么？
重力
A
B
C
D
远地侧
近地侧
根部：
生长素浓度：A B
生长素的效应：
＞
A促进B抑制
茎部：
生长素浓度：C D
生长素的效应：
＞
C促进弱D促进强
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。
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
如通过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
（3）淀粉——平衡石假说
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
【拓展】合作探究：
验证:植物根的向地性感受部位在根冠。
现提供发芽的玉米种子，请设计实验验证该结论(只要写出实验思路)。
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
发芽的玉米粒
处理 预期结果
对照组 不做处理 有向地性
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
待切去尖端后的根尖重新长出尖端 恢复向地性
减法原理
加法原理
以上实验设计应用了什么实验原理呢？
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。
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，是由基因表达的调控、激素调节和环境因素调节共同完成的。

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