5.4环境因素参与调节植物的生命活动课件2022-2023学年高二上学期生物人教版选择性必修1(共69张PPT)

(共69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
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。
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“神舟十三号”內，它的根、茎可能会怎样生长？为什么？
是由重力因素调节的。
根和茎很可能会继续横向生长,因为太空中几乎没有重力。
思考
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
3.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。
光是植物进行光合作用的能量来源。
对于植物来说，光只是起提供能量的作用吗？
环境因素参与调节植物的生命活动。
一、光对植物生长发育的调节
① 光影响植物种子萌发（莴苣）
结论：莴苣种子在光照一段时间后的发芽率明显高于黑暗条件。
光对种子萌发的影响：
② 光影响植物种子萌发（烟草）
结论：烟草种子在光照/黑暗条件下的发芽率明显高于完全黑暗条件。
处 理 发芽率（%）
全黑暗 6.67
光照/黑暗 91.00
③ 有些植物的种子在有光条件下萌发的更好（如早熟稻、毛蕊花）；有些植物种子的萌发，则受光的抑制（如洋葱、番茄）。研究发现：萌发需要光的种子一般较小，储存的营养物质也很少。
思考：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 是影响生长素分布？
不是。推测：光本身是植物萌发过程中的一种调节因子。
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。
思考：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。
绿豆芽：
无光条件
绿豆苗：
有光条件
光对植物形态构建的影响：
① 很多植物的开花与昼夜长短有关；
白天长度超过13小时才开花
② 很多植物的开花与昼夜长短无关。
白天短于一定时长才开花
菠菜
菊
水稻
黄瓜
向日葵
棉花
光对植物开花的影响：
处理 火龙果
开花朵数
补光6小时 54
补光5小时 47
补光4小时 44
不补光 9
结论：植物开花与光照时长有关。
推测：一个周期中连续黑暗时间决定是否开花。
光对植物开花的影响：
光对植物开花的影响：
萌发需要光照的种子一般较小，这是对环境的适应一一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，能保证正常地繁行后代，这也是植物对环境的适应。
思考
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？
光对植物生长发育的作用
（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；
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。光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。
植株
生长
开花
衰老
种子
萌发
均受到
光的调控
1. 植物具有接受光信号的分子——光敏色素（其中的一种）
（1） 化学本质：蛋白质（色素—蛋白复合体）
（2） 分布：植物的各个部位，其中在分生组织的细胞内比较丰富。
（3） 吸收光的类型：主要是红光和远红光。
光敏色素
感光区域
酶活性区域
1. 植物具有接受光信号的分子——光敏色素（其中的一种）
（1） 化学本质：蛋白质（色素—蛋白复合体）
（2） 分布：植物的各个部位，其中在分生组织的细胞内比较丰富。
（3） 吸收光的类型：主要是红光和远红光。
相关信息
光敏色素主要吸收红光和远红光。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。
3.光调控植物生长发育的反应机制
阳光
光敏色素被激活，结构发生变化
信号经过信息传递系统的传导到细胞核内
细胞核内特定基因的转录变化（表达）
照射
转录
RNA
蛋白质
表现出生物学效应
感受信号
传导信号
发生反应
信号经过转导，传递到细胞核内
表现出生物学效应
翻译
RNA
光敏色素被激活，结构发生变化
DNA
细胞核内特定基因的转录变化（表达）
感受信号
传导信号
发生反应
光调控植物生长发育的反应机制示意图
除了光，温度、重力等环境因素也会参与调节植物的生长发育。
温度和重力因素是如何参与植物生命活动的调节的呢？
温带地区，树木年复一年的加粗，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 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 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。
思考：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。
有些植物在生长期需经历一段时期低温之后才能开花。这种经历低温诱导促使植物开花的作用，称为春化作用。冬小麦、冬大麦，蕙兰等就是这样。
思考：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，会使麦苗夏季旺长却不开花或者开花太晚，造成减产。结论：冬小麦需要经历一段时间的低温诱导方可开花（春化作用）。
现象：
拟南芥需要经历一段时期的低温之后才能开花。
（春化作用）
温度影响拟南芥开花
（1）年轮形成的原因
（2）春化作用
经历低温诱导促使植物开花的作用叫做春化作用。
例如：冬小麦、冬大麦、蕙兰、白菜、胡萝卜、芹菜等。
如果不经过一定时间低温，它们就会一直保持营养状态或很晚才能开花。
① 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 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。
温度参与植物生长发育的调节
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。
叶片变黄、脱落：落叶树的叶片在秋冬季变黄、脱落。
保卫细胞
气孔张开
温度参与植物生长发育的调节的具体表现
（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
西双版纳热带季雨林
温带常绿阔叶林
落叶阔叶林
针叶林
植物的地域性分布很大程度上由温度决定
重力参与植物生长发育的调节
正向重力性：根顺着重力方向向下生长（根的向地性）
负向重力性：茎背着重力方向向上生长（茎的背地性）
形态学上端
形态学上端
形态学下端
茎
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
茎的背地性
根的向地性
外因:
内因：
重力引起生长素在植物体内分布不均匀;
根和茎对生长素浓度的敏感性不同。
茎
根
A
A’
B
B’
茎生长的背地性与根生长的向地性的解释
根对生长素敏感，浓度高抑制生长；
茎对生长素不敏感，浓度高促进生长。
重力参与植物生长发育的调节
淀粉—平衡石假说：
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
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
胚芽鞘的向光性
根的向地性
光敏色素是感光分子
胚芽鞘尖端感光，生长素发生横向运输，分布不均匀，使得尖端以下部位向光侧生长慢，背光侧生长快。
根冠存在一种感受重力的分子或结构
引起生长素的重新分布，分布不均衡的生长素传递到伸长区后，使根出现向地性。
向地性的原因
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
植物生长发育的整体调控
机理：垂直时淀粉体对平衡石细胞底部内质网压力均等，水平时不均等。
“淀粉——平衡石”假说感知重力方向的机理
向地性的机理——根尖垂直放置时
向地性的机理——根尖水平放置时
在根冠、胚芽鞘尖和茎的内皮层细胞中有比重比较大的淀粉体分布，受重力影响而沉积在细胞底部，起平衡石的作用。
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
根横放时，淀粉体下沉在细胞近地侧的内质网上，诱导内质网释放Ca2+到细胞质基质，Ca2+与钙调蛋白结合后活化Ca2+泵和IAA泵（均为ATP驱动泵），使近地侧积累较多的Ca2+和IAA。
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
思考：根的向地生长和茎的背地生长有什么意义呢？
根的向地生长，可以深扎根，利于吸收水分和无机盐；
茎的背地生长，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
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：
1.基因表达调控
植物的_____、_____、_____、_____等都处在基因适时选择性表达的调控之下。
生长
发育
繁殖
休眠
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。
2.激素调节
信息分子
基因表达
基因表达调控
环境因素
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。
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。
3.环境因素调节
基因表达
激素
植物生长发育的整体调控
植物激素
基因表达
环境因素
相互
影响
影响
表达
改变分布情况
光、温度、重力
生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯
设计实验：验证植物向地性的感受部位在根冠
根冠感受了重力方向后，
通过运输物质（生长素）的量影响根尖生长方向。
实验设计思路参考：
⑴取一定量的萌发状态相同的玉米种子，平均分为两组。
⑵第一组去除根冠，第二组不做处理。都横放在培养皿上在相同的条件下进行培养。
⑶一段时间后，观察根的生长方向。
处理 预期结果
切去不同长度的根尖端
硝酸银灼烧根尖
——减法原理
设计实验：验证植物向地性的感受部位在根冠
哪怕仅切掉0.5 mm，根依然失去了向地性
结果类似
处理 预期结果
待切去尖端后的根尖重新长出尖端
——加法原理
设计实验：验证植物向地性的感受部位在根冠
恢复向地性
温度参与了植物生长和开花等生命活动的调节。
重力参与了植物生长发育和形态建成等的调节。“淀粉——平衡石”假说是普遍承认的一种解释植物感知重力的方式。
加法原理或减法原理均可用来证明自变量对因变量的影响。
植物生长发育由基因表达、激素和环境因素共同调节。
概念检测
1. 一颗小小的望天树种子可以生长发育成参天大树。判断下列相关表述是否正确.
(1) 它的生长发育完全由植物激素控制。( )
(2) 调控它生长发育的环境因素有光照、温度、重力等。 ( )
(3) 它的生长发育是基因表达调控的结果。( )
×
√
√
2. 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。
植物生长发育的整体调控
植物激素
基因表达
环境因素
相互
影响
影响
表达
改变分布情况
1. 科学家用红光和红外光依次照射的方法，对一批萬苣种子进行处理，然后置于暗处。一段时间后，这些萬苣种子的发芽情况如下表所示。
拓展应用
(1) 由上述实验结果可以得出什么结论
答案：红光促进莴苣种子发芽，红外光抑制莴苣种子发芽。
(2 )萬苣种子对红光的反应远比红外光敏感, 如果经过红光和红外光处理后，将萬苣种子置于自然光下而不是黑暗条件下，萬苣种子的发芽情况会如何？
答案：莴苣种子会发芽，因为自然光包含红光和红外光，莴苣种子对红光更敏感，因此在自然光照射下会发芽。
“复习与提高”参考答案
一、选择题
1. 园林工人为使灌木围成的绿篱长得茂密、整齐，需要对绿篱定期修剪，其目的是（ ）
A.抑制侧芽生长 B.抑制顶端优势
C.抑制向光性生长 D.抑制其开花结果
2. 用适宜浓度的生长素处理未受粉的番茄雌蕊柱头，可得到无子番茄，这种果实细胞中的染色体数目为 （ ）
A. 与卵细胞染色体数目一样
B. 是受精卵染色体数目一半
C. 与体细胞中染色体数目一样
D. 比受精卵染色体数目多一倍
B
C
3. 以下关于植物激素的说法，错误的是（ ）
A. 植物激素能促进植物生长
B. 植物激素是一类化学物质
C. 植物激素在植物体内含量很少
D. 植物激素不直接参与细胞内的代谢活动
4. 果实的生长发育和成熟，受多种激素调节。下列叙述正确的是（ ）
A. 细胞分裂素促进果实生长
B. 乙烯抑制果实的生长和成熟
C. 脱落酸促进细胞分裂和果实脱落
D. 生长素对果实的发育和成熟没有影响
A
A
二、非选择题
1.研究人员进行了多种植物激素对豌豆植株侧芽生长影响的实验，结果如图所示。
(1)比较曲线a、b、c与d可知 对侧芽的生长有抑制作用，其中起作用的主要激素是 ，而且 （激素）能解除这种激素的抑制作用。在保留顶芽的情况下，除了c所采用的措施，还可通过喷施 的化合物促进侧芽生长。
（2）比较曲线a与b可知，赤霉素能明显促进 。推测：在完整豌豆植株的顶芽中，赤霉素产生于 组织。
（3）据图中信息，推测侧芽生长速度不同的原因是侧芽内 浓度或比例的改变。
答案：
( 1 )顶芽 生长素 细胞分裂素 赤霉素
（2）侧芽生长 分生
（3）生长素与赤霉素、细胞分裂素
2.当干旱发生时，植物之间是否会交流信息呢？如果有信息交流，是通过地上信号还是地下信号呢？为了探究这些问题，有研究者设计了如下实验。将11株盆栽豌豆等距排列，6 11号植株在根部有管子相通，这样在不移动土壤的情况下，化学信息可以通过管子进行交流；1 6号的根部不联系（如下图）。
用高浓度的甘露醇浇灌（高渗透压，模拟干旱）来刺激6号植株，15 min后，测定所有植株 的气孔开放度。对照组是用水浇灌6号植株。结果如下图所示。
（1）对照组的实验结果说明了什么？
（2）在干旱条件下，6 8号植株与9 11号植株相比，气孔的开放度有什么不一样？
答案：对照组的结果说明，在不受干旱胁迫时，各植株的气孔开放度无显著差异。
答案：在于旱条件下，6~8号植株的气孔开放度显著低于9~11号，且越远离6号的植株的气孔开放度越大。
（3）这些数据支持“当干旱发生时，植物之间会交流信息”这一观点吗？如果会，是通过地 上部分还是地下部分交流信息的？
（4）在对6号植株进行干旱诱导后1 h,再次测定所有植株的气孔开放度，发现6 ~ 11号植株的气孔大多数都关闭了。这是为什么？
答案：这些数据支持该观点。植物可以通过地下部分交流信息。
答案：对6号植株进行持续1h的干旱胁迫，该植株根部会源源不断地产生胁迫信号，通过地下通路传递给7~11号植株；这些植株的根部感知到该信号，作出关闭气孔的响应，以避免散失不必要的水分。