2024-2025學(xué)年新教材高中生物第5章植物生命活動的調(diào)節(jié)第4節(jié)環(huán)境因素參與調(diào)節(jié)植物的生命活動學(xué)案新人教版選擇性必修1

PAGE10-第4節(jié)環(huán)境因素參加調(diào)整植物的生命活動課標(biāo)要求核心素養(yǎng)1．概述光調(diào)整植物生長發(fā)育的過程(生命觀念、科學(xué)思維)2．概述溫度、重力等環(huán)境因素調(diào)整植物生長發(fā)育的過程(生命觀念、科學(xué)思維)3．基于植物接受環(huán)境因素調(diào)整的適應(yīng)意義，分析和解決生產(chǎn)、生活中一些實(shí)際問題(社會責(zé)任)1．對教材第106頁圖5－12的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行圖表間的轉(zhuǎn)換，指出光調(diào)控植物生長發(fā)育的反應(yīng)機(jī)制2．分析重力、溫度等環(huán)境因素在調(diào)整植物生長發(fā)育中的作用3．綜合分析植物生長發(fā)育過程中的整體調(diào)控學(xué)問導(dǎo)圖新知預(yù)習(xí)·雙基夯實(shí)一、光對植物生長發(fā)育的調(diào)整1．__光__是植物進(jìn)行光合作用的能量來源。2．實(shí)例(1)少數(shù)植物的種子須要在有__光__的條件下才能萌發(fā)。(2)豆芽是在__黑暗__的環(huán)境中培育的。(3)許多植物的開花與__晝夜__長短有關(guān)。3．光作為一種__信號__，影響、__調(diào)控__植物生長、發(fā)育的全過程；植物具有能接受光信號的分子，如__光敏色素__。二、參加調(diào)整植物生命活動的其他環(huán)境因素1．除了光，__溫度__、__重力__等環(huán)境因素也會參加調(diào)整植物的生長發(fā)育。2．溫度可以通過影響__種子萌發(fā)__、植株生長、__開花結(jié)果__和葉的蒼老、脫落等生命活動，從而參加調(diào)整植物的生長發(fā)育。植物分布的地域性很大程度上就是由__溫度__確定的。3．植物根向地、莖背地生長，是在__重力__的調(diào)整下形成的。三、植物生長發(fā)育的整體調(diào)控1．植物生長發(fā)育的調(diào)控，是__基因表達(dá)調(diào)控__、__激素__調(diào)整和環(huán)境因素調(diào)整共同構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。2．激素作為__信息__分子，會影響細(xì)胞的__基因表達(dá)__，從而起到調(diào)整作用。激素的產(chǎn)生和分布是基因表達(dá)__調(diào)控__的結(jié)果，也受到環(huán)境因素的影響。3．在個體層次，植物生長、發(fā)育、繁殖、休眠，事實(shí)上，是植物響應(yīng)環(huán)境變更，調(diào)控__基因表達(dá)__以及激素產(chǎn)生、分布，最終表現(xiàn)在__器官__和__個體__水平上的變更。┃┃活學(xué)巧練____■1．光、溫度等因素都是通過影響植物激素的作用來影響植物的生命活動的。 (×)2．太空失重條件下，生長素的極性運(yùn)輸也將丟失。 (×)3．日照時間對植物開花的調(diào)整本質(zhì)上是對基因程序性表達(dá)的調(diào)控。 (√)4．光、溫度等環(huán)境因子的變更不會影響植物激素的合成。 (×)5．幼苗中激素的合成受基因的調(diào)控并受光等環(huán)境因素的影響。 (√)思索：1．哪些因素會影響植物開花？(說出三種以上)提示：光照強(qiáng)度、光照時長、溫度、濕度、自身基因等。2．光誘導(dǎo)植物開花的機(jī)理是什么？提示：光敏色素接受光的刺激，引發(fā)光敏色素結(jié)構(gòu)發(fā)生變更，進(jìn)而激發(fā)細(xì)胞核內(nèi)特定基因的表達(dá)。3．環(huán)境因素除了調(diào)控開花外，還能對植物生長有什么影響？提示：溫度影響年輪的形成，重力使植物根向地生長，莖背地生長等。學(xué)霸記憶·素養(yǎng)積累eq\x(重)eq\x(點(diǎn))eq\x(呈)eq\x(現(xiàn))1．光作為一種信號，影響、調(diào)控植物生長、發(fā)育的全過程。2．除了光，溫度、重力等環(huán)境因素也會參加調(diào)整植物的生長發(fā)育。3．植物生長發(fā)育的調(diào)控，是由基因表達(dá)調(diào)控、激素調(diào)整和環(huán)境因素調(diào)整共同完成的。課內(nèi)探究·名師點(diǎn)睛學(xué)問點(diǎn)光對植物生長發(fā)育的調(diào)整1．間接影響：主要通過光合作用，是一個高能反應(yīng)。2．干脆影響：主要通過光形態(tài)建成，是一個低能反應(yīng)。光在此主要起信號作用。植物沒有反射，但也能對外界刺激做出肯定的反應(yīng)，并能通過肯定的生理過程適應(yīng)不良的環(huán)境。光不僅是重要的生物能量來源，光作為一種信號，影響、參加調(diào)控著植物的整個生長發(fā)育過程，如種子萌發(fā)、開花調(diào)控等。3．光敏色素與植物的生長發(fā)育植物具有接受光信號的分子，如光敏色素即色素—蛋白復(fù)合體，是一種對紅光和遠(yuǎn)紅光汲取有逆轉(zhuǎn)效應(yīng)，參加光形態(tài)建成、調(diào)整植物發(fā)育的色素蛋白。(1)光敏色素在植物體內(nèi)存在兩種類型：紅光汲取型Pr和遠(yuǎn)紅光汲取型Pfr。紅光汲取型Pr：最大汲取峰為波長660nm；遠(yuǎn)紅光汲取型Pfr：最大汲取峰為波長730nm。Pr與Pfr可以相互轉(zhuǎn)化：光照有利于遠(yuǎn)紅光汲取型Pfr的形成，使Pfr/Pr比值上升，有利于長日植物開花。Pfr/Pr比值降低有利于短日植物開花。(2)植物對光周期反應(yīng)的類型長日植物(LDP)：指在24h晝夜周期中，日照長度長于某一臨界日長，才能成花的植物。如小麥、蘿卜、白菜、天仙子等。短日植物(SDP)：指在24h晝夜周期中，日照長度短于某一臨界日長，才能成花的植物。如水稻、大豆、蒼耳、煙草、菊花等。日中性植物：在任何長度的日照下均能開花。如月季、四季豆、番茄等。光通過光敏色素影響植物生長發(fā)育的諸多過程。如：需光種子的萌發(fā)、葉的分化和擴(kuò)大、小葉運(yùn)動、光周期與花誘導(dǎo)、花色素形成、質(zhì)體(包括葉綠體)的形成、葉綠素的合成、休眠芽的萌發(fā)、葉脫落等。┃┃典例剖析____■典例1下列說法不正確的是 (B)A．植株生長、開花接受光的調(diào)控，都體現(xiàn)了植物對環(huán)境的適應(yīng)B．光敏色素主要汲取紅外光C．光敏色素分布在植物的各個部位D．光調(diào)控植物生長發(fā)育的機(jī)制是感受信號→傳導(dǎo)信號→發(fā)生反應(yīng)解析：光敏色素主要汲取紅光和遠(yuǎn)紅光，B錯誤。┃┃變式訓(xùn)練____■1．赤霉素和光敏色素能協(xié)調(diào)調(diào)整擬南芥主根的生長。某小組用野生型擬南芥植株(WT)、光敏色素A(phyA)缺失突變體和光敏色素B(phyB)缺失突變體為材料，探討在黑暗和光照條件下，赤霉素合成抑制劑——多效唑(PAC)對擬南芥幼苗主根生長的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖所示，下列分析錯誤的是 (D)A．光敏色素可能不參加黑暗條件下PAC調(diào)控主根生長的過程B．在光照和黑暗條件下，PAC調(diào)控主根生長的效果存在差異C．phyA介導(dǎo)的光信號對PAC調(diào)控主根生長的影響不明顯D．phyB介導(dǎo)的光信號能增加PAC對主根生長的抑制效果解析：據(jù)圖分析，在全黑暗條件下，三種植物的主根相對長度隨PAC濃度的變更而變更的狀況相像，差異不大，說明光敏色素可能不參加黑暗條件下PAC調(diào)控主根生長的過程，A正確；結(jié)合兩幅圖分析可知，在光照和黑暗條件下，PAC調(diào)控主根生長的效果存在差異，B正確；全光照條件下，phyA缺失突變體與野生型的曲線差異不大，說明phyA的介導(dǎo)的光信號對PAC調(diào)控主根生長的影響不明顯，C正確；據(jù)圖分析可知，在肯定的PAC濃度范圍內(nèi)，phyB介導(dǎo)的光信號能增加PAC對主根生長的促進(jìn)效果，D錯誤。學(xué)問點(diǎn)參加調(diào)整植物生命活動的其他環(huán)境因素(一)溫度1．年輪的形成樹木年輪是在樹木莖干的韌皮部里的一圈形成層。在一年中，形成層細(xì)胞分裂活動的快慢是隨著季節(jié)變更而變動的。春天和夏天，氣候最相宜樹木生長，形成層的細(xì)胞就特別活躍，分裂很快，生長快速，形成的木質(zhì)部細(xì)胞大、壁薄、纖維少、輸送水分的導(dǎo)管多。到了秋天，形成層細(xì)胞的活動漸漸減弱，于是形成的木質(zhì)部細(xì)胞就狹窄、壁厚、纖維較多、導(dǎo)管較少。春夏質(zhì)地疏松，顏色較淡；秋季質(zhì)地緊密，顏色較深。不同季節(jié)的深淺結(jié)合起來成一圓環(huán)，這就是樹木一年所形成的木材，就是年輪。年輪圖案同氣溫、氣壓、降水量有肯定的關(guān)系。2．春化作用(1)植物通過春化的條件：①低溫。類型春化溫度范圍(℃)春化天數(shù)(d)冬性0～335～45半冬性5～820～30春性10～125～15②水分、氧氣和養(yǎng)分及小于40%長日照誘導(dǎo)。前體物eq\o(→,\s\up7(低溫))中間產(chǎn)物eq\o(→,\s\up7(低溫))最終產(chǎn)物(完成春化)高溫25℃～40℃↓分解(2)春化作用的機(jī)理：①感受低溫的時期：種子吸脹萌動時及苗期。②感受低溫的部位：分生組織(能進(jìn)行細(xì)胞分裂的部位)、幼葉、葉柄基部。如芹菜等莖尖生長點(diǎn)。③機(jī)理：春化過程中，感受低溫的部位分生組織中的RNA和蛋白質(zhì)含量增加，代謝也發(fā)生依次性變更。春化作用分2個階段：a．春化作用的前體物質(zhì)在低溫下轉(zhuǎn)變成不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物；b．在20℃下，中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)闊岱€(wěn)定的物質(zhì)，即最終產(chǎn)物。(3)春化作用的應(yīng)用①低溫處理促進(jìn)花芽分化，如石竹等的春播。②利用解除春化限制開花，如貯藏的洋蔥鱗莖經(jīng)高溫處理以解除春化，防止開花，可以增產(chǎn)。(二)重力1．向重力性概念：植物的根能順著重力方向向下生長，而莖會背離重力方向向上生長，這種現(xiàn)象稱為向重力性。2．根的向地生長與莖的背地生長分析(1)植物莖的負(fù)向重力性與根的向重力性的產(chǎn)朝氣制緣由：如圖，A、B為極性運(yùn)輸，C、D為重力作用下的橫向運(yùn)輸。地心引力→生長素分布不勻稱→近地側(cè)濃度高eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(莖對生長素敏感性低→莖的背重力性,根對生長素敏感性高→根的向重力性))(2)根的向重力性運(yùn)動機(jī)理：目前，說明根的向重力性運(yùn)動機(jī)理有3種假說：Cholodny－Went學(xué)說、平衡石學(xué)說和雙叉理論。其中Haberland－Nemee的淀粉—平衡石學(xué)說受到普遍的重視。平衡石學(xué)說認(rèn)為根冠感受重力刺激的是細(xì)胞內(nèi)可移動的顆粒，稱之為平衡石。一般認(rèn)為，造粉體可能是根冠細(xì)胞中感受重力作用的平衡石或稱之為重力傳感器。1個造粉體細(xì)胞含有10～20個直徑為10μm的淀粉粒。含平衡石的細(xì)胞稱為平衡細(xì)胞。植物體內(nèi)的平衡石分布因器官而異，根部的平衡石在根冠中，而莖部的平衡石分布在維管束四周的1～2層細(xì)胞(淀粉鞘)，平衡石在重力影響下，下沉在細(xì)胞的底部。試驗(yàn)表明，鈣離子在向重力性反應(yīng)中起著重要的作用。將含有鈣離子螫合劑(如EGTA)的瓊脂塊放在橫放玉米根的根冠上，無向重力性反應(yīng)；如改用含鈣離子的瓊脂塊，則復(fù)原向重力性反應(yīng)。進(jìn)一步探討發(fā)覺，玉米根冠中的鈣調(diào)素濃度是伸長區(qū)的4倍。外施鈣調(diào)素的抑制劑于根冠，則根丟失向重力性反應(yīng)。結(jié)合平衡石、生長素、鈣離子和鈣調(diào)素對向重力性的影響，有人提出向重力性的機(jī)理：根橫放時，平衡石沉降到細(xì)胞下側(cè)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，產(chǎn)生壓力，誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放鈣離子到細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，鈣離子和鈣調(diào)素結(jié)合激活細(xì)胞下側(cè)的鈣泵和生長素泵，于是細(xì)胞下側(cè)積累較多的鈣離子和生長素，影響該側(cè)細(xì)胞的生長。(3)應(yīng)用：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，我們強(qiáng)調(diào)要勻稱施肥和澆灌，防止植物的根生長不均而易倒伏，因?yàn)橹参锏母哂邢蚧院拖蛩?。┃┃典例剖析____■典例2根的向地性和莖的背地性均和生長素分布不勻稱有關(guān)，然而造成此種分布差異的緣由尚不清晰，不過科學(xué)家發(fā)覺Ca2＋好像和生長素分布差異有關(guān)。如圖為垂直放置的玉米芽，Ⅰ、Ⅱ中黑色小方塊含Ca2＋，但Ⅰ中置于伸長區(qū)，Ⅱ中置于根冠，Ⅲ中白色小方塊含Ca2＋抑制劑，抑制Ca2＋的移動，置于根冠，試驗(yàn)結(jié)果如圖。關(guān)于這組試驗(yàn)的敘述正確的是 (D)A．伸長區(qū)無法汲取Ca2＋B．Ca2＋的有無會造成根的彎曲C．若將Ⅲ中白色小方塊置于伸長區(qū)，則預(yù)期根會彎曲D．根冠部位的Ca2＋濃度差異和根的彎曲有關(guān)解析：結(jié)合題圖和題干信息知，三者生長的差異在于小方塊所放位置和所含物質(zhì)的差異，由Ⅰ、Ⅱ?qū)Ρ瓤芍汉蠧a2＋的小方塊在根冠部位時，可能是Ca2＋促進(jìn)了根冠部位的生長素向Ca2＋濃度較高的部位集中，使未放置小方塊的一側(cè)生長快、放置小方塊的一側(cè)生長受抑制，而伸長區(qū)的生長素分布不受Ca2＋的影響；Ⅱ與Ⅲ相比，小方塊中所含物質(zhì)不同，可能是Ⅲ中小方塊中的抑制劑影響了Ca2＋的移動，使未放置的一側(cè)Ca2＋濃度較高，生長素分布較多，抑制生長，使放置的一側(cè)生長素濃度低，促進(jìn)生長，使根彎向未放置小方塊的一側(cè)，D項(xiàng)正確。┃┃變式訓(xùn)練____■2．冬小麥?zhǔn)俏沂兄匾募Z食作物，農(nóng)業(yè)科技人員不斷進(jìn)行探討以期獲得高產(chǎn)抗病的新品種。冬小麥經(jīng)過低溫環(huán)境才能開花，這是由于幼苗感受低溫刺激產(chǎn)生某種特別蛋白質(zhì)所致，該作用稱為春化作用，高溫、低氧、缺水等均可解除春化作用而導(dǎo)致冬小麥最終不能抽穗開花。請分析材料并結(jié)合所學(xué)學(xué)問回答下列問題。(1)春化作用導(dǎo)致特定蛋白質(zhì)的產(chǎn)生，說明__春化作用(低溫)激活了確定該蛋白質(zhì)的基因(環(huán)境影響基因的表達(dá))__。(2)某探討小組發(fā)覺經(jīng)過寒冷之后，部分二倍體野生小麥突變成了四倍體小麥，合理的說明是__低溫抑制紡錘體的形成，導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍__。突變后的四倍體小麥與二倍體野生小麥?zhǔn)欠駷橥粋€物種？并請簡要說明理由。__不是，與原品種之間存在生殖隔離，雜交產(chǎn)生的后代是不育的__。(3)在育種過程中，一科研人員發(fā)覺小麥早熟性狀個體全為雜合子，欲探究小麥早熟性狀是否存在顯性純合致死現(xiàn)象(即EE個體無法存活)，探討小組設(shè)計(jì)了以下試驗(yàn)，請補(bǔ)充有關(guān)內(nèi)容。試驗(yàn)方案：讓早熟小麥自交，統(tǒng)計(jì)后分析比較__子代的表現(xiàn)型及比例__。預(yù)期試驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論：①假如__子代表現(xiàn)型為早熟和晚熟，比例為2∶1__，則小麥早熟性狀存在顯性純合致死現(xiàn)象；②假如__子代表現(xiàn)型為早熟和晚熟，比例為3∶1__，則小麥早熟性狀不存在顯性純合致死現(xiàn)象。解析：(1)春化作用導(dǎo)致特定蛋白質(zhì)的產(chǎn)生，說明春化作用(低溫)激活了確定該蛋白質(zhì)的基因(環(huán)境影響基因的表達(dá))。(2)低溫抑制紡錘體的形成，導(dǎo)致染色體數(shù)目加倍，因此經(jīng)過寒冷之后，部分二倍體野生小麥突變成了四倍體小麥，突變后的四倍體小麥與二倍體野生小麥之間存在生殖隔離，雜交產(chǎn)生的后代是不育的，因此突變后的四倍體小麥與二倍體野生小麥不是同一個物種。(3)讓早熟小麥自交，統(tǒng)計(jì)后分析比較子代的表現(xiàn)型及比例。假如子代表現(xiàn)型為早熟和晚熟，比例為2∶1，則小麥早熟性狀存在顯性純合致死現(xiàn)象；假如子代表現(xiàn)型為早熟和晚熟，比例為3∶1，則小麥早熟性狀不存在顯性純合致死現(xiàn)象。指引迷津·撥云見日一、光周期誘導(dǎo)1．光周期誘導(dǎo)植物在達(dá)到肯定生理年齡時，經(jīng)過足夠天數(shù)的相宜光周期處理，以后即使處于不相宜的光周期下，仍舊能開花的現(xiàn)象，這種誘導(dǎo)效應(yīng)叫作光周期誘導(dǎo)。光周期刺激的感受部位——葉片。2．植物的地理起源和分布與光周期特性低緯度地區(qū)——短日照植物(SDP)，高緯度地區(qū)——長日照植物(LDP)，中緯度地區(qū)——短日照植物(SDP)和長日照植物(LDP)。同一緯度，LDP：春末和夏季開花(如小麥)；SDP：秋季開花，如菊花。3．光周期理論在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的主要應(yīng)用(1)引種和育種。通過人工光周期誘導(dǎo)，可以加速良種繁育，縮短育種年限。雜交育種中，可以通過延長和縮短日照長度，來限制花期，以解決父母本花期不遇的問題。(2)限制花期?；ɑ茉耘嘀校瑢ㄆ诓挥龌蛐缕贩N光周期的人工限制可以促進(jìn)或延遲開花。如菊花(SDP)：遮光；杜鵑(LDP)：人工延長光照。SDP：Pfr/Pr比值低，促進(jìn)開花。LDP：Pfr/Pr比值高，促進(jìn)開花。暗期被紅光間斷，Pfr/Pr比值上升，抑制SDP成花，促進(jìn)LDP成花。暗期被遠(yuǎn)紅光間斷，Pfr/Pr比值降低，抑制LDP成花，促進(jìn)SDP成花。(3)調(diào)整養(yǎng)分生長和生殖生長。對以收獲養(yǎng)分體為主的作物，可通過限制光周期抑制其開花。短日照植物SDP：如大豆，北方→南方，因提前開花，故選晚熟品種；南方→北方，應(yīng)選早熟品種。長日照植物L(fēng)DP：如小麥，北方→南方，因延遲開花，應(yīng)當(dāng)選早熟品種；南方→北方，應(yīng)選晚熟品種。如麻類是短日照植物，南種北引可推遲開花。養(yǎng)分生長期長，則麻類生長期較長，可提高纖維產(chǎn)量和質(zhì)量，但因?yàn)楸狈降貐^(qū)難滿意麻類所需的短日條件，因而南麻北種會延遲開花，種子不能剛好成熟。若在留種地，植株苗期采納短日處理，可解決種子問題。┃┃典例剖析____■典例3植物的生命活動受植物激素的調(diào)整，如圖為某植物感知外界光照、溫度等變更，通過調(diào)整激素的合成促進(jìn)植物冬天休眠、夏天生長過程示意圖。分析最合理的是 (A)A．長日照能促進(jìn)過程②④，短日照能促進(jìn)過程⑤⑥B．10℃有利于過程②④，30℃有利于過程⑤⑥C．10℃有利于過程①②③④，30℃有利于過程①③⑤⑥D(zhuǎn)．長日照能促進(jìn)全部過程，短日照能抑制全部過程解析：夏季長日照、溫度高，植物生長旺盛，細(xì)胞分裂素和赤霉素分泌增多，所以長日照、較高溫度能促進(jìn)過程②④；冬季短日照、氣溫低，葉和果實(shí)的蒼老和脫落，生長受到抑制，所以短日照、低溫能促進(jìn)過程⑤⑥，A正確，B、C、D錯誤。二、證明生長素的橫向運(yùn)輸和極性運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)試驗(yàn)1．證明橫向運(yùn)輸發(fā)生在胚芽鞘尖端的試驗(yàn)(1)試驗(yàn)操作(2)試驗(yàn)現(xiàn)象：裝置a中胚芽鞘直立生長；裝置b和c中胚芽鞘彎向光源生長。(3)試驗(yàn)結(jié)論：生長素的橫向運(yùn)輸發(fā)生在胚芽鞘尖端。2．證明生長素的極性運(yùn)輸?shù)脑囼?yàn)(1)試驗(yàn)操作(2)試驗(yàn)現(xiàn)象：a組去掉尖端的胚芽鞘向右彎曲生長，b組去掉尖端的胚芽鞘不生長也不彎曲。(3)試驗(yàn)結(jié)論：生長素只能由形態(tài)學(xué)上端向形態(tài)學(xué)下端運(yùn)輸，而不能反過來運(yùn)輸。┃┃典例剖析____■典例4將一玉米幼苗固定在支架上，支架固定在溫度、濕度相宜且底部有一透光孔的暗室內(nèi)(光源通過小孔只能照耀到莖的一側(cè))。從下圖所示狀態(tài)起先，光源隨暗室同步緩慢勻速旋轉(zhuǎn)，幾天后停止于起始位置。此時，幼苗的生長狀況是 (B)A．根水平生長，莖向上彎曲生長B．根水平生長，莖向下彎曲生長C．根向下彎曲生長，莖向上彎曲生長D．根向下彎曲生長，莖向下彎曲生長解析：對莖來