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(共44张PPT)
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
生物
学习目标
①通过光调节植物生长发育的实例分析，运用综合概括的方法认同光在植物生长发育的全过程都起调节作用；通过模型构建，能掌握光对植物生长发育的机制，并解决实际问题。（生命观念、科学思维）
②通过阅读课本内容、分析资料，简述温度、重力参与调节植物生命活动的调节机制，并能设计实验，验证植物根向地性的感受部位在根冠。（科学思维、科学探究）
③通过课本内容分析、归纳，能构建植物生长发育整体调控图示，掌握植物生长发育调控机制。（科学思维）
学习重难点
重点：
光对植物生长发育的调节作用及植物生长发育调控的复杂性和整体性。
难点：
植物生长发育调控的复杂性和整体性。
梅子金黄杏子肥,麦花雪白菜花稀。
待到秋来九月八，我花开后百花杀。
冲天香阵透长安，满城尽带黄金甲。
——唐·黄巢《不第后赋菊》
——宋·范成大《夏日田园杂兴》
思考·讨论：
小麦和菊花是在什么季节开花？影响开花的环境因素是什么？它们是如何影响植物开花的？
光、温度、重力
冬小麦花朵在5月上旬开放,春小麦花朵在6月中旬开放，秋菊的开花时间在9月中旬和下旬
导入新课
光是植物进行光合作用的能量来源，对于植物还有其他的作用吗？
导入新课
光对植物生长发育的调节
新课讲授
探究一
1.光的调节作用—阅读教材P105“思考·讨论”，小组合作讨论完成以下问题，从种子萌发、植株的形态建成、开花等角度，初步认识光在植物生长发育中的调节作用。
新课讲授
探究一 光对植物生长发育的调节
（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？
提示：不是。
早熟禾、毛蕊花
洋葱、番茄
烟草、莴苣的种子
萌发
光抑制种子萌发
有光萌发更好
资料1
不萌发
无光萌发较弱
萌发
豆芽（黑暗中培育）
豆苗见光培育
资料2
新课讲授
（2）从豆芽到豆苗，光对植物的颜色和形态有什么影响？
提示：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。
探究一 光对植物生长发育的调节
菠菜白天长度超过一定时长（13小时）才开花；
菊、水稻、大豆则要白天短于一定时长才开花；
很多植物的开花与昼夜长短有关。
但也有不少植物的开花与昼夜长短无关，如茄子、四季豆、月季。
新课讲授
资料3
长日照植物
短日照植物
（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？
提示：影响开花时间的主导因子是光照周期中的光照时长（黑暗时长）；与植物激素的分泌有关。
探究一 光对植物生长发育的调节
新课讲授
（3）种子发芽和植株生长、开花接受光的调控，是如何体现植物对环境的适应的？
提示：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。
探究一 光对植物生长发育的调节
新课讲授
【思维训练】1938年美国Hamner等人用苍耳进行的实验发现，发现控制花芽分化的决定因子是暗期长度，即在一个周期中，连续黑暗的时间长度（而非连续日照长度）决定这类植物是否开花。请同学们根据上述结论预测下面的实验结果：
组别 处理 预测结果（是否开花） 长日照植物 短日照植物
1 “日短”“夜短”
2 “日长”“夜长”
开花
不开花
不开花
开花
探究一 光对植物生长发育的调节
新课讲授
【迁移应用】“待到秋末九月八,我花开后百花杀”，菊花为短日照植物，在“五一”节时需要摆放菊花花坛，欲使菊花在“五一”节时开花，应对其进行怎样的处理
提示：提前对其进行短日照处理，延长连续黑暗的时间。
探究一 光对植物生长发育的调节
在自然界中，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。光作为一种 ，影响、调控植物生长、发育的全过程。
信号
新课讲授
植物是怎样感受光照并调节生长发育的呢？
探究一 光对植物生长发育的调节
新课讲授
2.光调控植物生长发育
（1）植物接收光信号的分子——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
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。
探究一 光对植物生长发育的调节
新课讲授
思考：科学家用红光和远红光依次照射的方法，对一批莴苣种子进行处理，然后置于黑暗处。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 ×
组1 红光 √
组2 红光→远红光 ×
组3 红光→远红光→红光 √
组4 红光→远红光→红光→远红光 ×
由实验结果，可以推出什么结论？
提示：光促进莴苣种子萌发，远红光则抑制该过程，反复使用红光和远红光，其作用效果取决于最后一次处理的光质。因此，决定种子是否发芽的关键是最后一次照射的光质。
探究一 光对植物生长发育的调节
【模型构建】参照教材P106图5-12，小组合作尝试用文字加箭头的形式构建光信号转换过程模型。
新课讲授
探究一 光对植物生长发育的调节
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
新课讲授
3.光调控植物生长发育机制
探究一 光对植物生长发育的调节
【归纳总结】光敏色素与光合色素的区别
新课讲授
色素类型 光合色素 光敏色素
分布
化学本质 非蛋白类有机物
吸收光类型
功能
叶绿体的类囊体薄膜上
植物的各个部位，分生组织细胞内比较丰富
色素—蛋白复合体
主要是红光和蓝紫光
主要是红光和远红光
参与光合作用，吸收、传递、转化光能
感受光信号，产生结构变化，从而表现出一定的生物学效应
探究一 光对植物生长发育的调节
新课讲授
【迁移应用】为研究红光、远红光及赤霉素对莴苣种子萌发的影响，研究小组进行黑暗条件下莴苣种子萌发的实验。其中红光和远红光对莴苣种子赤霉素含量的影响如图甲所示，红光、远红光及外施赤霉素对莴苣种子萌发的影响如图乙所示。据图分析，下列叙述正确的是（　　）
A.远红光处理莴苣种子使赤霉素含量增加，促进种子萌发
B.红光能激活光敏色素，促进合成赤霉素相关基因的表达
C.红光与赤霉素处理相比，莴苣种子萌发的响应时间相同
D.若红光处理结合外施脱落酸，莴苣种子萌发率比单独红光处理高
B
探究一 光对植物生长发育的调节
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的呢？
新课讲授
参与调节植物生命活动的其他环境因素
新课讲授
探究二
新课讲授
探究二 参与调节植物生命活动的其他环境因素
1.温度
（1）树木的年轮与季节的温度变化有什么直接关系？
阅读教材P107的“思考·讨论”，小组合作讨论完成以下问题。
资料1
温度变化使树干出现年轮
①春夏季： ，在树干上形成颜色较浅的带；
②秋冬季： ，在树干上形成颜色较深的带。
形成原因
细胞分裂快、细胞体积大
细胞分裂慢、细胞体积较小
提示：年轮的形成，是树木对一年中不同时期环境温度反应的结果。
温度影响冬小麦开花
新课讲授
资料2
（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？
提示：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，会使得麦苗夏季旺长却不开花或者开花太晚，造成减产。
冬小麦需要经历一段时间的低温诱导方可开花（春化作用）。
探究二 参与调节植物生命活动的其他环境因素
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。
举例1
（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？
气孔
新课讲授
探究二 参与调节植物生命活动的其他环境因素
叶片变黄、脱落： 落叶树的叶片在秋冬季变黄、脱落。
举例2
新课讲授
探究二 参与调节植物生命活动的其他环境因素
温度对植物的多种生命活动具有调节作用。
(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
新课讲授
【小结】
探究二 参与调节植物生命活动的其他环境因素
西双版纳热带季雨林
亚热带常绿阔叶林
落叶阔叶林
针叶林
植物的地域性分布
新课讲授
探究二 参与调节植物生命活动的其他环境因素
新课讲授
2.重力
（1）根的向地生长主要是受哪种环境因素调节？根的向地生长和茎的背地生长有什么意义？
阅读教材P107内容及P108小字部分，结合资料，完成以下问题。
资料：
水平横放一株植物，一段时间后，根向地生长，茎背地生长。
提示：根的向地生长主要受重力影响。
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。
探究二 参与调节植物生命活动的其他环境因素
新课讲授
（2）根的向地生长和茎的背地生长是什么原因导致的呢？
资料：
水平横放一株植物，一段时间后，根向地生长，茎背地生长。
提示：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，造成生长素分布不均衡，调节植物的生长方向。
思考：如果将该植物横放在太空中的“天宫二号”内，它的根、茎可能会怎样生长？为什么？
根和茎很可能会继续横向生长，因为太空中几乎没有重力。
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
探究二 参与调节植物生命活动的其他环境因素
新课讲授
（3）请用“淀粉—平衡石假说”解释重力对植物生长调节的机制。
平衡石细胞
根尖中平衡石细胞示意图
对植物生长产生影响
引起一系列信号分子的改变
重力方向改变
平衡石细胞的"淀粉体"会沿着重力方向沉降
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
探究二 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
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
新课讲授
探究二 参与调节植物生命活动的其他环境因素
【迁移应用】研究表明：根横放时，根冠平衡石细胞中的淀粉体会沉降到细胞下侧，诱发内质网释放Ca2＋到细胞质内，与钙调素结合激活细胞下侧的钙泵和生长素泵，于是细胞下侧积累过多Ca2＋和生长素，影响该侧细胞生长。下列叙述错误的是(　 )
A.重力、生长素、Ca2＋都属于植物生长发育的信号
B.重力信号通过淀粉体经过一系列变化最终转变成运输Ca2＋和生长素的信号
C.倒伏玉米的根部细胞内淀粉体影响生长素横向运输，促进根部近地侧细胞生长
D.太空微重力下，玉米根部生长素仍能进行极性运输，但根生长失去向地性
新课讲授
C
探究二 参与调节植物生命活动的其他环境因素
植物生长发育的调控仅由环境因素参与吗？
新课讲授
植物生长发育的整体调控
新课讲授
探究三
新课讲授
探究三 植物生长发育的整体调控
1.调控机制——由基因表达调控、激素调节和环境因素调节共同完成的。
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、休眠等都处在基因适时选择性表达的调控之下。
②激素调节
对于多细胞植物体来说，细胞与细胞之间、器官与器官之间的协调，需要通过激素传递信息。激素作为 ，会影响细胞的 ，从而起到调节作用。同时，激素的产生和分布是 的结果，也受到 的影响。
③环境因素调节
在个体层次，植物生长、发育、繁殖、休眠，实际上是植物响应环境变化，调控
以及 产生、分布，最终表现在器官和个体水平上的变化。
信息分子
基因表达
基因表达调控
环境因素
基因表达
激素
新课讲授
2.【小组合作】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。
生长素
赤霉素
细胞分裂素
乙烯
脱落酸
影响表达
相互影响
植物激素
基因
环境因素
改变分布情况
光
温度
重力
基因适时选择性表达
植物生命活动的调节
调控
传递信息
细胞与细胞之间、器官与器官之间的协调
探究三 植物生长发育的整体调控
【迁移应用】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(　　)
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
新课讲授
B
探究三 植物生长发育的整体调控
【练习1】
当堂训练
自然界中，植物开花需要光信息刺激,当日照时间达到一定长度时,植物才能开花,下列说法错误的是(　　)
A.植物对日照时间的感知跟光敏色素有关
B.该现象说明外界环境可影响植物的生长发育
C.日照时间对植物开花的调节本质上是对基因程序性表达的调控
D.可以通过人为地控制光照强度达到使花卉分批上市的目的
D
【练习2】
某同学在培养皿底部铺上棉花并加入适量的清水,然后把胚具活性且大小相同的豌豆种子各15粒放在棉花上。实验过程与结果如下表。下列叙述正确的是(　　)　
A.该实验探究的目的是探究光照、温度和水分对种子萌发的影响
B.该实验的自变量为光照、温度和水分,因变量为种子是否萌发
C.该实验选用胚具活性且大小相同的豌豆作为实验材料属于对无关变量的控制
D.该实验的结论是：种子萌发只与光照和水分有关
C
当堂训练
装置 场所 温度 棉花状态 数日后的现象
甲 日光 23 ℃ 潮湿 全部发芽
乙 日光 23 ℃ 干燥 没有发芽
丙 黑暗 23 ℃ 潮湿 全部发芽
丁 黑暗 23 ℃ 干燥 没有发芽
当堂训练
【练习3】
(不定项)植物生长发育的过程始终伴随着物质和能量的变化,下列说法不正确的是（ ）
A.环境因子可以通过影响激素合成来影响植物的各项生命活动
B.植物固定的太阳能全部用于自身的生长、发育和繁殖
C.植物的生长发育过程,在根本上是多种激素共同调节的结果
D.植物越冬时体内结合水转化成自由水,有利于抵抗不利的环境条件
BCD
(1)图中活性调节蛋白的作用是　　 　　；
若cab基因发生突变,则可能会影响光合作用的　　　　阶段。
(2)需要氨基酸作为原料的过程是图中序号　　　　。该过程
的开始和终止分别与mRNA上的　　 　 　有关。
(3)由图可知,遗传信息的转录过程产生在　　 　 　中,
叶绿体的发育受　　 　 　中的遗传物质控制。
(4)叶绿体中植物吸收红光的色素主要是　　　　。叶绿体中的DNA复制需要DNA聚合酶的催化,若要探究该酶的合成是受细胞核基因还是细胞质基因编码,请你简单写出实验设计思路:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
当堂训练
【练习4】光敏色素在植物个体发育的过程中能促进种子的萌发、调节幼苗的生长和
叶绿体的发育等。下图为光敏色素调节相关蛋白质合成的过程,请分析回答下列问题。
促进rbcS基因和cab基因的转录
光反应
②④
起始密码子和终止密码子
细胞核、叶绿体
细胞核和细胞质
叶绿素
用药物抑制核基因的表达,检测叶绿体中是否有DNA聚合酶的合成
课堂小结
植物生长发育
网络机制
环境因素调节
基因表达调控
激素调节
影响
影响
控制
影响
光→光敏色素结构改变→基因表达
温度
种子萌发
植株生长
开花结果
叶衰老脱落
重力信号→感受重力的物质和细胞→引起信号分子改变→生物学效应
课堂小结
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 （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）
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且重新长出尖端后出现向地弯曲生长,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。
处理 预期结果
不做处理 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
谢谢大家

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