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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 植物生命活动调节
授课人：马述才
课标要求
生命个体的结构与功能相适应，各结构协调统一共同完成复杂的生命活动，并通过一定的调节机制保持稳态
概念 1
1.6
植物生命活动受到多种因素的调节，其中最重要的是植物激素的调节
概述其他因素参与植物生命活动的调节，如光、重力和温度等
1.6.4
课标要求
学业要求：
基于植物激素在生产生活中应用的相关资料，结合植物激素和其他因素对植物生命活动的调节，分析并尝试提出生产实践方案（科学探究、社会责任）。
学习目标
1.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。
2.阐明环境因素的调节与植物的适应性之间的关系。
3.举例说明植物生命活动的调节具有复杂性和整体性。
情境导入
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，根则弯曲向下生长。
思考：
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、茎可能怎样生长？为什么？
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
一、光对植物生长发育的调节
任务一：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。
（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。种子储存有机物的氧化分解放能。
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
一、光对植物生长发育的调节
任务一：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。
豆芽（黑暗中培育）
豆苗见光培育
资料2
（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
任务一：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。
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。
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？
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。
一、光对植物生长发育的调节
任务一：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。
（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？
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。
一、光对植物生长发育的调节
任务一：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。
【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？
提前对其进行短日照处理，延长连续黑暗的时间。
一、光对植物生长发育的调节
1.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。
远红光（波长725-735nm）属于红光部分
一、光对植物生长发育的调节
思考：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→红外光 ×
组3 红光→红外光→红光 √
组4 红光→红外光→红光→红外光 ×
由实验结果，可以推出什么结论？
光促进莴苣种子萌发，红外光则抑制该过程，反复使用红光和红外光，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。
一、光对植物生长发育的调节
2.【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调控植物生长发育机制过程模型。
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
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
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
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
任务二：阅读教材P107的“思考·讨论”，小组合作讨论完成以下问题。
（1）树木的年轮与季节的温度变化有什么直接关系？
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
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。
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
任务二：阅读教材P107的“思考·讨论”，小组合作讨论完成以下问题。
温度影响冬小麦开花
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？
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）。
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
任务二：阅读教材P107的“思考·讨论”，小组合作讨论完成以下问题。
（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。
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
1.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
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
任务三：阅读教材P107内容及P108小字部分，完成以下问题。
（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？
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。
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。
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
任务三：阅读教材P107内容及P108小字部分，完成以下问题。
（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。
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。
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
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
任务三：阅读教材P107内容及P108小字部分，完成以下问题。
（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
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
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
任务三：阅读教材P107内容及P108小字部分，完成以下问题。
（4）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？
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
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
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。
三、植物生长发育的整体调控
植物生长发育的调控仅由环境因素参与吗？
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
三、植物生长发育的整体调控
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
本节小结
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
当堂检测
1.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
当堂检测
2.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
C
当堂检测
3.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
B
当堂检测
(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:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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
作业：
1.整理笔记
2.课后题
3.练习题

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