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第4节 环境因素参与调节植物的生命活动（第二课时）
【学习目标】
1．通过分析、归纳材料中的现象，能够说明温度和重力参与调节植物多项生命活动。
2．通过模式图分析，能够理解“淀粉——平衡石假说”如何解释了重力参与调节植物生命活动。
3．通过类比，能够设计实验证明根尖感受重力的部位在根冠。
4．通过归纳概括与模型构建，能够掌握植物基因、激素和外界环境对植物生命活动的整体调控。
【课前学习】
一、参与调节植物生命活动的其他环境因素
1.温度：（1）生命活动的节奏随__________。（2）昼夜温差,影响植物__________。（3）植物的所有生理活动都是在一定的__________内进行。（4）决定植物分布的__________。
2.重力：（1）具体表现：根的__________和茎的背地生长。（2）影响机制：植物的根、茎中有感知重力的物质和细胞，可以将重力信号转换成运输__________的信号，造成__________不均衡，从而调节植物的生长方向。
二、植物生长发育的整体调控
1.调控机制：基因表达调控、激素调节和__________调节共同构成的调控网络。
2.具体表现：（1）基因表达调控：植物的各项生命活动都处在基因适时__________的调控之下。（2）激素调节：①激素作为__________，会影响基因的表达。②激素的产生和分布是__________调控的结果。（3）环境因素：影响激素的产生、__________。
参考答案：一、1.（1）季节变化 （2）代谢 （3）温度范围 （4）地域性 2.（1）向地生长 生长素 生长素分布
二、1.环境因素 2（1）选择性表达 （2）信息分子 基因表达 （3）分布
【课上学习】
任务一：温度参与调节多种植物生命活动
1．解释年轮与季节温度变化之间的关系。
2．有的植物需要经过春化作用才能开花，其适应意义是什么？
3．思考、回忆，举例说出其他温度调节植物生命活动的实例。
任务二：重力参与调节植物的生命活动
1．结合本章第1节相关内容，解释根向地性（或茎背地性）的形成与重力的关系。
2．利用“淀粉——平衡石”假说解释重力引起植物根向地性的详细机制。
3．设计实验证明平衡石细胞和感受重力的部位在根冠，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。对比达尔文实验和自己的实验思路之间的差异。
任务三：植物生长发育的整体调控网络
总结归纳植物基因、激素和外界环境对植物生命活动的调控作用，找出其中的联系，通过模式图、概念图的形式直观表示以上调控网络。
【课后练习】
1．下列植物感应活动，不是由环境因素的单向剌激引起的是（ ）
A．根向着地心方向生长
B．茎背着地心方向生长
C．含羞草的小叶合拢
D．根朝向肥料较多的地方生长
2．植物生长过程中会对重力这一外界刺激产生反应，表现出向地性或背地性，这一现象称为重力反应。对此正确的看法是（ ）
A．引起重力反应的激素是生长素
B．在c、d中，激素含量最多的是c
C．具有促进生长作用的只有b、c
D．重力反应都体现了激素作用的低浓度促进、高浓度抑制
3．一夜狂风暴雨导致成片的玉米倒伏，灾害过后，部分倒伏的玉米又逐渐恢复到直立状态。产生这种现象的主要外部因素与内部因素分别是（ ）
A．重力作用和生长素的不均匀分布
B．茎的向光性与生长素的不均匀分布
C．生长素的不均匀分布与均匀光照
D．茎的背地性与根的向地性
4．在植物的生长、发育和适应环境变化的过程中，各种植物激素并不是孤立地起作用，而是多种激素相互作用，下列关于植物生命活动调节，说法错误的是（ ）
A．不同植物激素对生命活动的调节既有协同作用，也有相反作用
B．激素调节只是植物生命活动调节的一部分，植物生命活动还受到环境等信息调节
C．光照、温度等环境因子只通过改变植物激素的作用来影响生命活动
D．植物生命活动的调节根本上是基因选择性表达的结果
5．下图表示多种植物激素对黄瓜幼苗生长的调节作用，据图判断下列说法不正确的是（ ）
A．①②③代表的植物激素分别是赤霉素、生长素、乙烯
B．植物生长发育从根本上来讲是多种激素相互作用、共同调节的结果
C．a浓度的激素抑制细胞伸长、b浓度的激素促进细胞伸长，激素的作用因浓度而异
D．除了激素的作用外，阳光、温度等环境因素也会影响植物的生长发育
6．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+与调钙蛋白结合后活化Ca2+泵和IAA泵（均为ATP驱动泵），使根近地侧积累较多的Ca2+和IAA，导致根的近地侧和背地侧生长速度不一样。下列说法不合理的是（ ）
A．淀粉体能导致IAA分布不均
B．重力能导致根的向地生长
C．Ca2+和IAA运输到近地侧的方式为主动运输
D．根的向地性不能体现生长素的作用特点
7.下列有关温度对植物生长发育调节的说法，错误的是（ ）
A．温带地区树木形成规则的年轮主要与光周期有关
B．黄河流域播种的冬小麦一定要有低温诱导才能开花
C．温度几乎影响植物的所有生命活动
D．高山植被从山顶到山脚分布植物类群的差异主要受温度影响
8．绿色植物倒伏后，它的茎秆能部分恢复直立状态。下列说法错误的是（ ）
A．引起这种现象的原因是受重力影响
B．根茎中分布有感受重力的物质和细胞
C．重力信号可以转化成生长素合成的信号影响其含量
D．重力能影响植物的生长发育、形态建成
9．近来，我国西南几省的大旱，极大地影响了冬小麦、油菜等的生长。请回答有关问题。
（1）许多植物在遭受干旱等非致死性逆境袭击时，细胞内的可溶性糖和氨基酸的含量有明显提高，从而提高细胞＿＿＿＿＿＿能力，增强对逆境的适应性。
（2）人们发现一些抗旱植物的原产地主要分布在干旱地区。从生物进化角度看，抗旱类型的形成是长期＿＿＿＿＿＿的结果。
（3）用低温诱导促使植物开花的作用称为春化作用，冬小麦必须经过春化作用才能抽穗开花。但高温、缺氧和缺水等均可以解除春化，下表是对冬小麦进行春化处理的研究结果，请回答：
冬小麦幼苗
处理方式 未经低温处理 经低温处理 先低温处理后再干旱处理
检测结果 没有特殊蛋白质出现 有特殊蛋白质出现 出现特殊蛋白质，干旱处理后特殊蛋白质消失
现象 不抽穗开花 抽穗开花 不抽穗开花
春化作用产生的物质是否是基因突变所造成？ 。春化过程的实质是使植物体内某些细胞在形态、结构和生理功能上发生了稳定性差异，该过程称为＿＿＿＿。
②科学家发现用一定浓度的赤霉素溶液处理冬小麦，可以使冬小麦不经过低温处理也可以抽穗开花。为了确定赤霉素对冬小麦进行“春化作用”的适宜浓度，某同学用未经春化的冬小麦幼苗为材料，用A、B两种浓度（A浓度＞B浓度）的赤霉素溶液分别处理冬小麦幼苗作为两个实验组，用蒸馏水处理作为对照组进行实验，结果发现三组小麦生长发育过程中都没有抽穗开花。为达到预期目的，你认为进一步的探索需配制的赤霉素溶液的浓度应为＿＿＿＿＿＿。
（4）小麦开花时，因干旱影响传粉受精，有人建议对小麦喷洒适宜浓度的生长素，以减少损失。这种做法是错误的，请指出这种做法不可行的理由是＿＿＿＿＿＿。
【参考答案】
1．C
2．A在c、d中，由于生长素的横向运输，d中生长素含量更多，B错误；a、b、c均具有促进作用，C错误；a、b两处都处于促进茎生长的浓度，未体现生长素作用的高浓度抑制，D错误。
3．A
4．C
光照、温度等环境因子会影响植物激素的合成、分布等，进而影响植物的生命活动，无法改变植物激素的作用；光照、温度还可以通过影响基因表达调节植物生命活动，C错误。
5．B 植物生长发育从根本上来讲是基因的选择性表达，B错误。
6．D 根向地性是由于近地侧生长素浓度高于远地侧，近地侧生长受抑制，远地侧生长被促进，能体现出生长素的作用特点。
7．A 温带地区树木形成规则的年轮主要是冬夏温度差异造成的，A错误；冬小麦一定要有低温诱导的春化作用才能开花，B正确；温度影响酶的活性等，几乎影响植物的所有生命活动，C正确；高山从山顶到山脚由于海拔高度不同导致温度差异明显，影响植物分布，D正确。
8．C 绿色植物倒伏后茎秆能部分恢复直立状态，是受重力影响，称为背地生长，A正确；重力能影响植物的生长发育和形态建成，根茎中分布有感受重力的物质和细胞，感受重力信号后转化成运输生长素的信号，导致生长素分布不均，调节植物的生长方向，B、D正确，C错误。
9．【答案】（1）渗透吸水（2）自然选择（3）①不是 细胞分化②大于A浓度、小于B浓度、A和B浓度之间（4）生长素主要促进子房的发育，而收获小麦的主要是其种子。
【解析】（3）①据表可知，低温处理后出现的特殊蛋白质在干旱处理时会消失，说明该蛋白质的产生不是基因突变所造成的，只是环境因素影响了相关基因的表达。②实验结果说明两个浓度均不适宜，为达到预期目的，需配制的三种赤霉素溶液的浓度应分别为大于A浓度、小于B浓度、A和B浓度之间。（4）生长素可以促进果实发育，用于获得无籽果实（无种子），而种植小麦的目的就是为了获得小麦的种子，因此对小麦喷洒适宜浓度的生长素，不能减少干旱影响传粉、受精带来的损失。
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第4节 环境因素参与调节植物的生命活动（第一课时）
【学习目标】
1．通过分析、归纳材料中的现象，能够说明光参与调节植物多项生命活动。
2．通过分析科学实验结果，能够理解光参与调节植物生命活动的基本规律和机制。
3．通过总结科学家研究过程以及本节课安排，能够了解科学探究中“观察现象→提出问题→设计实验→实施实验→分析结果→得出结论和普遍规律”的基本流程。
【课前学习】光调控植物的生长发育
1.实例：（1）光照影响植物的___________和形态变化。（2）___________影响植物的开花。
2.机理：（1）直接作用对象：接受光信号的分子，如___________色素。（2）作用过程：受到光刺激时， ______________发生变化，这一变化的信息经过信息传递系统传导到细胞核内，影响________________。
参考答案：一1.（1）种子萌发 （2）昼夜长短 2.（1）光敏 光敏色素的结构 特定基因的表达
【课上学习】
任务一：光调节植物种子萌发、颜色变化和形态建成、开花等多项生命活动。
1．光对莴苣、烟草等植物种子萌发有何影响？
2．红光单独或红光和远红光交替照射后，莴苣种子的萌发有何不同？
3．光对豆芽和豆苗颜色和形态建成有何影响？
4．光照时长对火龙果等植物开花有何影响？什么是长日照植物和短日照植物？这两种植物开花的具体条件是什么？
5．如果用红光和远红光交替照射打断连续的黑暗，长日照植物和短日照植物的开花情况将会如何？
6．将长日照植物枝条嫁接到短日照植物上之后，长日照植物的枝条开花情况会发生什么变化？这说明了光信号在植物体内发生了什么变化？
任务二：光敏色素是光受体，它可以通过自身结构的改变感知光信号，并将其转换为化学信号，通过信号转导过程引起基因表达的改变，最终引发生物学效应。
1．仔细归纳总结以上6个资料的实验结果和结论，思考还可以在此基础上进行哪些研究，提出下一步应该解决的科学问题。
2．光敏色素是如何感受光信号的？红光和远红光的不同生物学效应与光敏色素的结构有何关系？
3．光敏色素接受光信号之后，如何进一步引起下游生物学效应？绘制概念图或示意图表示光调节植物生命活动的信号转导通路。
任务三：科学探究的基本流程
用语言描述的方式回顾本节课认识光调节植物生命活动的具体研究过程，用流程图的形式归纳总结研究流程，即科学探究的基本流程。
【课后练习】
1．用单侧光照射向日葵幼苗茎尖引起向光弯曲，实验测得IAA在下胚轴两侧含量相同，但抑制生长物质黄质醇在下胚轴两侧含量有明显差异。下列叙述正确的是
A．实验表明向日葵幼苗弯曲部位不在下胚轴而在幼苗茎尖端
B．实验表明下胚轴向光侧细胞对IAA的敏感性低于背光侧
C．向日葵向光弯曲可能与下胚轴向光侧黄质醇含量多于背光侧有关
D．向日葵向光弯曲的机理与燕麦胚芽鞘向光弯曲的机理相同
2．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，下列相关说法错误的是
A．植物对日照时间的感知跟光敏色素有关，其信息类型是化学信息
B．该现象说明信息的来源可以是外界环境
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时间达到使花卉分批上市的目的
3．植物的向性运动是对单向的环境刺激作出的定向运动反应，主要包括向光性、向地性、向水性、向化性等类型。下列对向性运动的叙述，不合理的是（ ）
A．农业生产上限制水分的供应可以促使根向深处生长
B．植物向性运动的方向均与单向刺激相同
C．植物的向性运动可能与生长素的调节作用有关
D．植物的向性运动是植物对外界环境的适应
4．某科研小组进行如下实验：将100粒莴苣种子放置在适合生长的恒温条件下，并在黑暗中吸收足够的水分，如下图中的Ⅰ～Ⅴ所示，通过图中不同组合的光照条件处理，48小时后，检查发芽率（发芽种子的比例），得到下图所示结果。下列相关叙述错误的是
A．本实验的课题是研究不同光环境对莴苣种子发芽率的影响
B．光直射和黑暗下种子能萌发是因为光反应为暗反应提供了ATP、[H]
C．由图中实验可知，影响发芽率的关键因素是黑暗处理前是否进行光直射
D．莴苣种子萌发需要合适的温度、水分和氧气，图中Ⅴ中发芽率应该是100%
5．隐花色素（CRY1）是一种能感受光的受体，可介导光信号在植物体内传导来发挥作用。某研究小组将野生型及无法合成CRY1的突变型拟南芥种子，分别放在MS培养基和含有不同浓度脱落酸（ABA）的MS培养基中，置于适宜条件下培养一段时间后测得种子的发芽率如图。下列叙述正确的是
A．根据实验结果可推测CRY1抑制种子的萌发
B．在一定浓度范围内，ABA浓度与发芽率呈负相关
C．该实验的自变量是MS培养基中不同的ABA浓度
D．该实验需在黑暗条件下进行，从而测得种子的发芽率
6．植物的开花、种子的萌发及休眠都是在一年之中的某一时刻发生的，环境给植物的信号就是所谓的光周期（昼夜的长短），最显著的就是开花过程，根据开花与光周期的关联，可以植物分为短日照植物和长日照植物，下图是研究某短日照植物的开花与光周期的关系，根据实验分析，错误的是
A．控制开花的因素是持续不断夜间的长度，而不是日照的长度
B．在短日照植物临近开花季节，夜间照明会使开花时间推迟
C．若将实验植物换成长日照植物，则在暗期内不断闪光，长日照植物会推迟开花
D．将菊花（短日照植物）每天遮光数小时，可以使其在夏天开花
7．达尔文最早用金丝雀虉草的胚芽鞘进行了植物向光性的研究，后人进行了一系列实验，探究光对植物生长的调节。下列说法错误的是（ ）
A．植物对光作出反应，说明植物可以感知光信号
B．接受光信号的光敏色素在胚芽鞘的尖端分布较多
C．光敏色素是一类结构非常稳定的色素—蛋白复合体
D．光信号可以通过影响特定基因的表达调控植物体的生长发育
8.如表是交替地暴露在红光和远红光下的莴苣种子的萌发率(26 ℃下，连续1 min的红光和4 min的远红光照射，R表示红光，FR表示远红光)。下列叙述正确的是（ ）
光处理 萌发率%
R 70
R—FR 6
R—FR—R 74
R—FR—R—FR 6
R—FR—R—FR—R 76
R—FR—R—FR—R—FR 6
A.该实验的主要目的是探究种子的萌发是否需要光
B．光照处理时间越长，莴苣种子的萌发率越高
C．莴苣种子萌发率的高低以最后一次照射的光的波长为准
D．光是莴苣种子萌发的必需条件，远红光下萌发率高，红光下萌发率低
9．2017年诺贝尔生理学或医学奖授予了节律时钟（由若干蛋白质组分构成）调控装置的发现者。植物的节律时钟控制很多生理过程，如向性生长和光合作用等。
（1）研究显示：向日葵幼苗白天表现出向光性，但在夜间却能重新转向东方。在单侧光下，向日葵幼苗表现出向光性，植物向光性除与背光侧和向光侧生长素分布不均匀有关，还可能与___________（物质）分布不均匀有关。为了揭示向日葵幼苗夜间重新转向东方的机理，科学家提出了两种假设：①环境昼夜交替引起该现象（外因）；②植物自身存在昼长和夜长均恒定的生物时钟（内因）。下列实验设计有助于区分上述两种假设的是___________。
A．在温度不同的暗室内分别测定幼苗顶芽的转向速率
B．在装有全天候定向光照的温室内观察是否出现节律性转向
C．在若干个光照强度不同的温室内分别测定幼苗顶芽的转向速率
D．在夏至（昼长夜短）和秋分（昼夜等长）夜间分别测定大田幼苗顶芽转向速率
（2）为了探究节律时钟对光合作用的影响，科学家构建了TOC和ZTL两种拟南芥突变株（两者的节律时钟周期分别为20和28小时，昼夜时长为1:1，并测定两者在不同条件下（T20和T28）光合作用的相关指标。其中T20和T28表示室内控制光照/黑暗循环周期分别为20和28小时（光照与黑暗时长为1:1）。测定结果如图所示。
①植物的干重能反映光合作用的强度，因此科学家在研究中比较了两种突变株的干重。作为光合作用强度的观测指标还可以采用___________。
②据图分析实验数据，当植物体内的节律时钟和外界的光照/黑暗循环周期相吻合时，干重增加相对较快的原因是：___________
【参考答案】
1．C
2．A 植物对日照时间的感知虽然跟光敏色素有关，但是该信息是借助于光进行的，属于物理信息。
3．B
4．B 种子萌发时尚未形成叶绿素，不能进行光合作用。
5．B 不能合成CRY1的突变体种子萌发率低，所以CRY1可促进种子萌发。随着ABA浓度的增大，种子发芽率逐渐降低，所以在一定浓度范围内，ABA浓度与发芽率呈负相关。本实验有两个自变量，一是ABA浓度，二是种子是否能合成CRY1。CRY1为能感受光的受体，为验证CRY1的作用，需要在光下进行实验。
6．C 据图最后一组实验可知，打断连续黑暗后，使得连续黑暗时间短于临界暗期，则不再开花，说明控制开花的因素是持续不间断的黑暗环境。若为长日照植物，则在暗期内不断闪光，使得连续黑暗时间缩短，长日照植物会提前开花。
7．C 植物对光作出反应，说明植物可以感知光信号，A正确；胚芽鞘的感光部位是尖端，则接受光信号的光敏色素在胚芽鞘的尖端分布较多，B正确；光敏色素是一类蛋白质(色素—蛋白复合体)，受到光刺激后结构就会发生变化，这种变化的信息传到细胞核内，影响特定基因的表达，C错误，D正确。
8．C 由题干信息可知，该实验的主要目的是探究红光和远红光交替照射对莴苣种子萌发率的影响，A错误。分析表中6组数据可知，种子的萌发与光照处理时间无关，B错误。由表可知，种子萌发率的高低与最后一次照射的光的波长有关，最后一次照射红光的种子萌发率高，最后一次照射远红光的种子萌发率低，C正确、D错误。
9．【答案】（1）（背光侧和向光侧）生长抑制物质 BD（2）①单位时间内二氧化碳吸收量或氧气释放量②当拟南芥体内的节律时钟和外界的光照/黑暗循环周期相吻合时，植物体内叶绿素的含量较高，这有利于光合作用的进行，进而增加植物的干重
【解析】（1）在装有全天候定向光照的温室内观察是否出现节律性转向，如果出现节律性转向，则说明是内因导致的向光性；若在夏至（昼长夜短）和秋分（昼夜等长）夜间分别测定大田幼苗顶芽转向速率，如果二者的转向速率不同，则说明是外因导致的向光性。
（2）②据图分析实验数据，TOC在室内控制光照/黑暗循环周期在20小时的情况下，植物体中的叶绿素含量高于ZTL，而在室内控制光照/黑暗循环周期在28小时的情况下，ZTL的叶绿素含量高于TOC，说明当拟南芥体内的节律时钟和外界的光照/黑暗循环周期相吻合时，植物体内叶绿素的含量较高，这有利于光合作用的进行，进而增加植物的干重。
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