【生物課件】環(huán)境因素參與調(diào)節(jié)植物的生命活動課件2023-2024學年高二上學期生物人教版選擇性必修1

第四節(jié)環(huán)境因素參與調(diào)節(jié)植物的生命活動

本節(jié)聚焦：

·光是怎樣調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育的

·溫度、重力等環(huán)境因素是怎樣參與調(diào)節(jié)植物

生長發(fā)育的

·植物生長發(fā)育的整體調(diào)控

《不第后賦菊》

黃巢[唐]待到秋來九月八，我花開后百花殺。沖天香陣透長安，滿城盡帶黃金甲。

問題1:菊花本在秋天開放，但現(xiàn)在一年四季都可以看到菊花，這是人工調(diào)控花期的結(jié)果，你認為自然狀態(tài)下影響植物開花的因素有哪些？光、溫度、水肥、土壤等問題探討

種子萌發(fā)后，根向地生長、莖背地生長。如果將幼苗橫過來，莖會彎曲向上生長，根則彎曲向下生長。問題2:莖和根的生長是受哪種因素調(diào)節(jié)的？是由重力因素調(diào)節(jié)的問題3:如果將該幼苗橫放在太空中的“天宮二號”內(nèi)，它的根、莖可能怎樣生長？為什么？莖和根很可能會繼續(xù)橫向生長；因為太空中幾乎沒有重力。

通過以上學習我們知道，高等植物的生命活動除了依靠激素調(diào)節(jié)，同時受環(huán)境因素調(diào)節(jié)。光、溫度、重力對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)作用尤為重要。問題4:光是植物進行光合作用的能量來源,對于植物來說光只是起提供能量的作用嗎？一、光對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)合作探究一：請同學們自主閱讀教材P105思考討論，小組合作完成以下問題。

一、光對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)那些需要光才能萌發(fā)的種子是需要光照給種子萌發(fā)提供能量嗎?從豆芽到豆苗，光對植物的顏色和形態(tài)有什么響影?有些植物根據(jù)晝夜長短“決定”是否開花，是哪種環(huán)境因素在起作用？這與植物激素的分泌有關(guān)系嗎？種子發(fā)芽，植株生長、開花接受光的調(diào)控，是如何體現(xiàn)植物對環(huán)境的適應的？

有些植物的種子在有光條件下萌發(fā)的更好（如早熟稻、毛蕊花）；有些植物種子的萌發(fā)，則受光的抑制（如洋蔥、番茄）。研究發(fā)現(xiàn)：萌發(fā)需要光的種子一般較小，儲存的營養(yǎng)物質(zhì)也很少。資料1一、光對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)問題5:光照是為了給種子萌發(fā)提供能量嗎?不是。推測：光本身是植物萌發(fā)過程中的一種調(diào)節(jié)因子。資料2

豆芽是在黑暗的環(huán)境中培育的，它的細胞中不含葉綠素，莖（實際上很大一部分是下胚軸）比在光下要長很多。豆芽一旦見光，就會發(fā)生形態(tài)變化并長成豆苗。

光既促進葉綠素的合成從而使豆苗變成綠色，也會影響豆苗的形態(tài)。一、光對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)問題6:從豆芽到豆苗，光對植物的顏色和形態(tài)有什么影響?①

很多植物的開花與晝夜長短有關(guān)；白天長度超過13小時才開花②

很多植物的開花與晝夜長短無關(guān)。白天短于一定時長才開花菠菜菊水稻黃瓜向日葵棉花資料3一、光對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)萵苣洋蔥菠菜光對植物生長發(fā)育的影響光調(diào)節(jié)植物開花（日照長短）處理火龍果開花朵數(shù)補光6小時54補光5小時47補光4小時44不補光9問題7:有些植物根據(jù)晝夜長短“決定”是否開花，是哪種環(huán)境因素在起作用？這與植物激素的分泌有關(guān)系嗎？光照時長(黑暗時長)在起作用；這與植物激素的分泌有關(guān)。問題8:種子發(fā)芽，植株生長、開花接受光的調(diào)控，是如何體現(xiàn)植物對環(huán)境的適應的？一、光對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)

萌發(fā)需要光照的種子一般較小，這是對環(huán)境的適應—萌發(fā)后能很快進行光合作用，從而避免在無光條件下萌發(fā)后“餓死”；植株生長、開花過程中，跟隨著光照的節(jié)奏，能保證生命活動正常進行，能保證正常地繁衍后代，這也是植物對環(huán)境的適應。（2）光作為一種信號，影響、調(diào)控植物生長、發(fā)育的全過程。1、光對植物生長發(fā)育的作用（1）光是植物進行光合作用的能量來源；植株生長開花衰老種子萌發(fā)均受到光的調(diào)控一、光對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)問題9:植物能夠?qū)庾鞒龇磻?，表明植物可以感知光信號，并?jù)此調(diào)整生長發(fā)育，那么植物是怎樣感受到光照的呢？一、光對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)合作探究二：請同學們自主閱讀教材P106，小組合作完成以下問題。

光敏色素主要本質(zhì)是什么？吸收哪種光？光敏色素分布在哪？光敏色素如何調(diào)控植物生長發(fā)育的？參照教材圖5－12，嘗試用文字和箭頭構(gòu)建光信號轉(zhuǎn)換過程模型。光敏色素與光合色素的作用有什么區(qū)別？還有哪些方面不同？光對植物生長發(fā)育的影響吸收紅光和遠紅光的光受體可能是具有兩種存在形式的單一色素。后來，人們成功地分離出這種色素，稱之為光敏色素。1952年，美國農(nóng)業(yè)部的科學家用單色光處理萵苣種子發(fā)現(xiàn)，紅光（波長在660nm左右）促進種子萌發(fā)，而遠紅光（波長在730nm左右）抑制種子萌發(fā)；如果用紅光和遠紅光交替處理，則兩種波長的光對種子萌發(fā)的影響可以相互逆轉(zhuǎn)，種子萌發(fā)率高低取決于最后一次曝光波長。2、

植物具有接受光信號的分子——光敏色素（其中的一種）光敏色素感光區(qū)域酶活性區(qū)域（1）化學本質(zhì)：（2）分布：蛋白質(zhì)（色素——蛋白復合體）（3）吸收光的類型：植物的各個部位，主要是紅光和遠紅光。其中在分生組織的細胞內(nèi)比較豐富。一、光對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)（1）化學本質(zhì)：（2）分布：蛋白質(zhì)（色素——蛋白復合體）（3）吸收光的類型：植物的各個部位，主要是紅光和遠紅光。其中在分生組織的細胞內(nèi)比較豐富。相關(guān)信息

光敏色素主要吸收紅光和遠紅光。植物體內(nèi)除了光敏色素，還有感受藍光的受體?？梢哉J為，環(huán)境中的紅光、藍光，對于植物的生長發(fā)育來說，是非常關(guān)鍵的。2.

植物具有接受光信號的分子——光敏色素（其中的一種）一、光對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)資料分析PrPfr紅光遠紅光（生理失活型）（生理激活型）Pr比較穩(wěn)定，Pfr不穩(wěn)定。在黑暗條件下，Pfr會逆轉(zhuǎn)為Pr，降低Pfr濃度。Pfr也會被蛋白酶降解。Pfr的半衰期為20min到4h，所以在黑暗條件下，植物體內(nèi)的光敏色素主要以Pr形式存在。陽光中紅光和遠紅光都有，但Pr吸收紅光，轉(zhuǎn)變成Pfr的速度比Pfr轉(zhuǎn)變成Pr的速度快。因此，在自然條件下，像萵苣這樣的可被光誘導萌發(fā)的種子一旦暴露在充足的陽光下，Pfr濃度就會升高。當Pfr濃度累積到一定量時，便啟動萌發(fā)過程。問題10:參照教材圖5－12，嘗試用文字和箭頭構(gòu)建光信號轉(zhuǎn)換過程模型。3、光調(diào)控植物生長發(fā)育的反應機制(1)感受信號：光敏色素被激活，其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化(2)傳導信號：信號經(jīng)過轉(zhuǎn)導傳遞到細胞核內(nèi)(3)發(fā)生反應：細胞核內(nèi)特定基因轉(zhuǎn)錄變化(4)表現(xiàn)出生物學效應：相應mRNA翻譯出特定蛋白質(zhì)一、光對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)感受信號傳導信號發(fā)生反應受到光照射光敏色素被激活，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化信號經(jīng)過轉(zhuǎn)導，傳遞到細胞核內(nèi)DNA細胞核內(nèi)特定基因的轉(zhuǎn)錄變化RNA翻譯表現(xiàn)出生物學效應光信號激活光敏色素信息傳遞系統(tǒng)細胞核影響特定基因表達（DNA→mRNA）翻譯生物學效應（蛋白質(zhì)）再來一遍感受信號傳導信號發(fā)生反應光敏色素是光的受體。光作為一種信號，影響、調(diào)控植物生長、發(fā)育的全過程。光合色素是在光合作用中參與吸收、傳遞并轉(zhuǎn)化光能等的作用，包括葉綠素和類胡蘿卜素等。光是植物進行光合作用的能量來源問題11:光敏色素與光合色素的區(qū)別是？1.下列關(guān)于光在植物生長發(fā)育中的調(diào)節(jié)作用的說法，正確的是A.番茄種子的萌發(fā)需要有光條件下B.棉花需白天長度超過13小時才開花C.光敏色素主要分布在葉肉細胞內(nèi)D.光作為一種信號，影響調(diào)控植物的生長、發(fā)育的全過程√解析番茄種子的萌發(fā)受光的抑制，故A錯誤；棉花的開花與晝夜長短無關(guān)，故B錯誤；光敏色素主要分布于分生組織中，C錯誤。實戰(zhàn)訓練：2.下面關(guān)于光調(diào)控植物生長發(fā)育的反應機制的說法，不正確的是A.光敏色素的本質(zhì)是蛋白質(zhì)B.光敏色素主要吸收紅光、藍光C.光通過影響光敏色素的結(jié)構(gòu)影響特定基因的表達D.光作為一種信號，影響、調(diào)控植株的生長、開花等√解析光敏色素主要吸收紅光和遠紅光。實戰(zhàn)訓練：3.植物的開花與光照時長(黑暗時長)有關(guān)。研究人員對A、B兩種植物進行如下處理，結(jié)果如圖所示。下列相關(guān)敘述正確的是（

）A.滿足短日照條件下，閃光打斷黑暗時間，不會影響A植物的開花B.滿足長日照條件下，短暫暗處理打斷光照時間，會抑制B植物開花C.3組與4組對比，可得出導致A植物開花的條件是長時間的連續(xù)黑暗D.據(jù)圖分析，導致B植物開花的條件更為關(guān)鍵的是短時間的連續(xù)黑暗√實戰(zhàn)訓練：4.植物光敏色素是一類色素—蛋白復合體，有紅光吸收型(Pr)和遠紅光吸收型(Pfr)。無活性的Pr在細胞質(zhì)中合成，接受紅光刺激后可轉(zhuǎn)化為有活性的Pfr并轉(zhuǎn)移到細胞核內(nèi)，影響特定基因的表達，從而表現(xiàn)出生物學效應。下列敘述錯誤的是（

）A.光敏色素分布在植物的各個部位，分生組織中尤為豐富B.光敏色素接受光刺激后傳遞信號，影響相關(guān)基因的表達C.Pfr和Pr活性不同是由于其空間結(jié)構(gòu)不同D.在光合作用中，光敏色素能夠吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能√實戰(zhàn)訓練：科學家用紅光和紅外光依次照射的方法，對一批萵苣種子進行處理，然后置于暗處。一段時間后，這些萵苣種子的發(fā)芽情況如下表所示。由上述實驗結(jié)果可以得出什么結(jié)論?組別光照射處理方式發(fā)芽情況對照組無光照不發(fā)芽組1紅光發(fā)芽組2紅光→紅外光不發(fā)芽組3紅光→紅外光→紅光發(fā)芽組4紅光→紅外光→紅光→紅外光不發(fā)芽紅光促進萵苣種子發(fā)芽，紅外光抑制萵苣種子發(fā)芽。P109拓展應用科學家用紅光和紅外光依次照射的方法，對一批萵苣種子進行處理，然后置于暗處。一段時間后，這些萵苣種子的發(fā)芽情況如下表所示。(2)萵苣種子對紅光的反應遠比紅外光敏感,如果經(jīng)過紅光和紅外光處理后，將萵苣種子置于自然光下而不是黑暗條件下，萵苣種子的發(fā)芽情況會如何？組別光照射處理方式發(fā)芽情況對照組無光照不發(fā)芽組1紅光發(fā)芽組2紅光→紅外光不發(fā)芽組3紅光→紅外光→紅光發(fā)芽組4紅光→紅外光→紅光→紅外光不發(fā)芽萵苣種子會發(fā)芽，因為自然光包含紅光和紅外光，萵苣種子對紅光更敏感，因此在自然光照射下會發(fā)芽。二、參與調(diào)節(jié)植物生命活動的其他環(huán)境因素合作探究三：請同學們自主閱讀教材P107思考討論，小組合作完成以下問題。

樹木的年輪與季節(jié)的溫度變化有什么直接關(guān)系？有的植物需要經(jīng)過春化作用才能開花，這對于它們適應所生存的環(huán)境有什么意義？關(guān)于溫度參與調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育的實例，你還能舉出一些嗎？溫帶地區(qū)，樹木年復一年的加粗，構(gòu)成一圈圈的年輪，表現(xiàn)出季節(jié)周期性變化。年輪形成的原因是：①

春夏季：細胞分裂快、細胞體積大，在樹干上形成顏色較淺的帶；②

秋冬季：細胞分裂慢、細胞體積較小，樹干上形成顏色較深的帶。問題11:樹木的年輪與季節(jié)的溫度變化有什么直接關(guān)系？年輪的形成，是樹木生長對一年中不同時期環(huán)境溫度反應的結(jié)果。資料1資料2

有些植物在生長期需要經(jīng)歷一段時期的低溫之后才能開花。這種經(jīng)歷低溫誘導促使植物開花的作用，稱為春化作用。冬小麥、冬大麥，蕙蘭等就是這樣。冬小麥：9~10月播種，經(jīng)過冬天后，來年春天開花結(jié)果。實踐：在春季播種冬小麥，會使麥苗夏季旺長卻不開花或者開花太晚，造成減產(chǎn)。結(jié)論：冬小麥需要經(jīng)歷一段時間的低溫誘導方可開花（春化作用）。問題12:有的植物需要經(jīng)過春化作用才能開花，這對于它們適應所生存的環(huán)境有什么意義？低溫的有效溫度介于0-10℃，最適溫度1-7℃，春化時間由數(shù)天到二三十天，具體有效溫度和低溫持續(xù)時間隨植物種類而定。春化作用效應表現(xiàn)在低溫可改變基因表達、促進DNA胞嘧啶去甲基化而開花。拓展這樣可以避免出現(xiàn)在冬季來臨之前開花從而無法正常結(jié)果的情況。問題13:關(guān)于溫度參與調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育的實例，你還能舉出一些嗎？二光合作用:夏日正午光照充足，但因蒸騰作用強，氣孔關(guān)閉，CO2進入葉片受阻，光合作用反而弱。葉片變黃、脫落:落葉樹的葉片在秋冬季變黃、脫落。問題13:關(guān)于溫度參與調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育的實例，你還能舉出一些嗎？保衛(wèi)細胞氣孔張開二、參與調(diào)節(jié)植物生命活動的其他環(huán)境因素1、溫度參與植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)植物的所有生理活動都是在_________________進行，溫度可以通過影響_________、_________、_________和________、____等生命活動，從而參與調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育；一定的溫度范圍內(nèi)種子萌發(fā)植株生長開花結(jié)果葉的衰老脫落西雙版納熱帶季雨林亞熱帶常綠闊葉林落葉闊葉林針葉林影響植物的地域性分布

調(diào)節(jié)一通過影響種子萌發(fā)、植株生長、開花結(jié)果和葉的衰老、脫落等生命活動，從而參與調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育。調(diào)節(jié)二植物分布的地域性很大程度上就是由溫度決定的。二、參與調(diào)節(jié)植物生命活動的其他環(huán)境因素1、溫度參與植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)二、參與調(diào)節(jié)植物生命活動的其他環(huán)境因素2、重力參與植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)問題14:根的向地生長和莖的背地生長有什么意義？根向地生長，可以深扎根，利于吸收水分和無機鹽；莖背地生長，可以將枝條伸向天空，利于吸收陽光進行光合作用莖生長的背地性與根生長的向地性的解釋：外因:內(nèi)因：重力引起生長素在植物體內(nèi)分布不均勻;根對生長素敏感，濃度高抑制生長；莖對生長素不敏感，濃度高促進生長。問題15:根、莖為什么能感受重力？淀粉—平衡石假說：植物對重力的感受是通過體內(nèi)一類富含“淀粉體”的細胞，即平衡石細胞來實現(xiàn)的。植物的平衡石是指淀粉體——一種充滿淀粉粒的質(zhì)體。根部的平衡石在根冠中，莖部的平衡石分布在維管束周圍的1～2層細胞中。在重力影響下，平衡石會下沉到細胞底部，刺激內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放出Ca2+。淀粉—平衡石假說①向地性的機理——根尖垂直放置時②向地性的機理——根尖水平放置時重力信號根、莖中感受重力的物質(zhì)和細胞運輸生長素的信號生長素分布不均勻二、參與調(diào)節(jié)植物生命活動的其他環(huán)境因素2、重力參與植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)簡單一總結(jié)淀粉—平衡石假說：植物對重力的感受是通過體內(nèi)一類富含“淀粉體”的細胞，即平衡石細胞來實現(xiàn)的。玉米橫放(1)春化作用是指植物開花需經(jīng)一定光照時長的誘導(

)(2)重力可調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育，但與植物形態(tài)建成無關(guān)(

)(3)高等植物正常生長發(fā)育需要各個器官、組織、細胞之間的協(xié)調(diào)和配合(

)(4)植物的生長發(fā)育完全由植物激素調(diào)控(

)××√×判斷正誤實戰(zhàn)訓練：5.“淀粉—平衡石假說”認為，植物對重力的感受是通過體內(nèi)一類富含“淀粉體”的細胞，即平衡石細胞來實現(xiàn)的。在垂直放置的根中，平衡石停留在根冠細胞的基部，導致由中柱運來的IAA在根冠均等分布(如圖1)；在水平放置的根中，平衡石停留在根冠細胞的近地側(cè)，導致根冠遠地側(cè)的IAA向近地側(cè)運輸(如圖2)。下列分析正確的是()實戰(zhàn)訓練：A.重力是調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育和形態(tài)建成的唯一重要環(huán)境因素B.在水平放置的根中，近地側(cè)生長慢的原因是其IAA濃度高于遠地側(cè)C.IAA在根部只能從形態(tài)學上端(根冠)向形態(tài)學下端(伸長區(qū))運輸D.根向重力生長與平衡石細胞中的淀粉體將重力信號轉(zhuǎn)換成合成生長素

的信號有關(guān)√課外實踐【設(shè)計實驗】驗證植物根向地性的感受部位在根冠自變量:是否有根冠因變量:根是否出現(xiàn)向地生長可采用切除根冠的方法進行處理可通過觀察玉米根尖是否向下彎曲生長來對因變量進行觀測已有的研究表明，植物的根是靠根冠中的細胞感受重力，從而引起根的向地生長。真的是這樣嗎？我們能否設(shè)計實驗進行驗證？課外實踐設(shè)計實驗，驗證植物根向地性的感受部位在根冠實驗思路:1.取10顆大小、萌發(fā)程度大致相同的剛剛萌發(fā)的同種玉米粒,隨機分成數(shù)量相同的甲、乙兩組;2.去除甲組玉米粒的根冠,乙組玉米粒不作處理,分別放在兩個含有濕棉花的培養(yǎng)皿中;3.置于溫度適宜的暗室中培養(yǎng)一段時間。4.觀測兩組玉米粒根尖是否出現(xiàn)向地彎曲生長預期結(jié)果、得出結(jié)論:如果甲組玉米根尖不出現(xiàn)向地彎曲生長,乙組均出現(xiàn)向地彎曲生長,即可證明植物根向地性的感受部位在根冠。課外實踐2激素調(diào)節(jié)：對于多細胞植物體來說，細胞與細胞之間、器官與器官之間的協(xié)調(diào)，需要通過激素傳遞信息。1基因表達調(diào)控：植物細胞里儲存著全套基因，但是某個細胞的基因如何表達則會根據(jù)需要作調(diào)整。環(huán)境因素影響：植物響應環(huán)境變化，調(diào)控基因表達以及激素產(chǎn)生、分布，最終表現(xiàn)在器官和個體水平上的變化。3三、植物生長發(fā)育的整體調(diào)控三、植物生長發(fā)育的整體調(diào)控三植物生長發(fā)育的整體調(diào)控植物生長發(fā)育基因表達調(diào)控激素調(diào)節(jié)環(huán)境因素調(diào)節(jié)植物細胞里儲存著全套基因基因適時選擇性表達植物的生長、發(fā)育、繁殖、休眠等。調(diào)控激素是信息分子傳遞信息細胞與細胞之間、器官與器官之間的協(xié)調(diào)影響調(diào)控激素產(chǎn)生和分布環(huán)境變化植物響應調(diào)控基因表達以及激素的產(chǎn)生、分布器官和個體水平上的變化三、植物生長發(fā)育的整體調(diào)控小結(jié)一、概念檢測1.

一顆小小的望天樹種子可以生長發(fā)育成參天大樹。判斷下列相關(guān)表述是否正確。(1)

它的生長發(fā)育完全由植物激素控制。(

)(2)

調(diào)控它生長發(fā)育的環(huán)境