(共32张PPT)
第五章 植物生命活动的调节
第4节 环境因素参与调节植物的生命活动
光是怎样调节植物生长发育的?
温度、重力等环境因素是怎样参与调节植物生长发育的?
植物接受环境因素的调节有什么适应意义?
本节聚焦
菊花本在秋天开放,但现在一年四季你都可以看到色彩斑斓的菊花,这是人工调控花期的结果,你认为自然状态下影响植物开花的因素有哪些?
光、温度、水肥、土壤、植物激素
情境导入
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。
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,它们的根、茎可能会怎样生长?为什么?
根和茎很可能会继续横向生长,因为太空中几乎没有重力。
由重力因素调节的。
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。
茎向上生长
情境导入
高等植物的生命活动除了依靠激素调节,同时受环境因素调节。光、温度、重力对植物生长发育的调节作用尤为重要。
向光侧
背光侧
光
茎的向光性
①少数植物(如烟草和莴苣)的种子,需要在有光的条件下才能萌发。
②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)。
一、光对植物生长发育的调节
任务一:分析光对植物生长发育的调节机制
1.光影响种子萌发
③有些植物种子的萌发,则受光的抑制(如洋葱、番茄)。
思考:萌发需要光的种子一般较_____(小/大) ,储藏的营养物质较___(多 /少)。
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。推测:光本身是植物萌发过程中的一种调节因子。
一、光对植物生长发育的调节
小
少
思考:各种颜色(波长)的光均能促进莴苣种子萌发吗?
一、光对植物生长发育的调节
资料2: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,然后置于暗处。一段时间后,这些莴苣种子的发芽情况如表所示:
组别 光照处理方式 发芽情况
对照组 无光照 不发芽
1 红光 发芽
2 红光→红外光 不发芽
3 红光→红外光→红光 发芽
4 红光→红外光→红光→红外光 不发芽
思考:分析以上实验,你能得出什么结论?
红光促进莴苣种子萌发,红外光逆转以上效果。
一、光对植物生长发育的调节
资料3 豆芽是在黑暗的环境中培育的,细胞中不含叶绿素,茎比在光下要长很多。豆芽一旦见光,就会发生形态变化并长成豆苗。
豆芽:无光条件
豆苗:有光条件
思考:从豆芽到豆苗,光对植物的颜色和形态有什么影响?
光既促使叶绿素的合成从而使豆苗变成绿色,也会影响豆苗的形态。
结论:光影响植物的颜色和形态建成。
2.光影响植物的颜色和形态
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
白天短于一定时长才开花
菊
水稻
菠菜
② 很多植物的开花与昼夜长短无关。
黄瓜
向日葵
棉花
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?
一、光对植物生长发育的调节
长日照植物
短日照植物
日中性植物
光照时长
有关
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
一、光对植物生长发育的调节
思考:长/短日照植物与阴/阳生植物有何区别?
日照长短 vs 光照强度
思考:冬季,长日照植物如何诱导提前开花,短日照植物如何诱导延迟开花?
补光
补光
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
一、光对植物生长发育的调节
上午
下午
上午
下午
(1)光是植物进行__________的__________;
(2)光作为一种信号,_____ 、 植物生长、发育的全过程。
光合作用
能量来源
影响
调控
1.光对植物生长发育的作用:
(间接)
植物能够对光作出反应,表明植物可以感知光信号,并据此调整生长发育,那么植物是怎样感受到光照的呢?
一、光对植物生长发育的调节
(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)
各个部位(分生组织的细胞内比较丰富)
主要是红光和远红光
2.植物具有接受光信号的分子
光敏色素
感光区域
酶活性区域
一、光对植物生长发育的调节
——光敏色素
蓝光受体
2.植物具有接受光信号的分子
一、光对植物生长发育的调节
——光敏色素(其中的一种):
光敏色素
(色素—蛋白复合体)
光敏色素感受红光和远红光刺激后,空间构象会发生改变
Pfr在黑暗中会缓慢转化为Pr
Pr构象不具有生物学效应,Pfr构象具有生物学效应
激活态
3.光调控植物生长发育的反应机制
一、光对植物生长发育的调节
参照教材图5-12,尝试用文字和箭头构建光信号转换过程模型。
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
Ⅰ. 光敏色素被激活,结构发生变化
Ⅱ. 信号经过转导,传递到细胞核内
Ⅲ. 细胞核内特定基因的转录变化
Ⅳ. 表现出生物学效应
植物生
长发育
植物
激素
细胞分裂
细胞伸长
细胞分化
细胞死亡
特异受体
信号转导
调控基因表达
生物学效应
光
光敏色素
信号转导
调控基因表达
植物生
长发育
(或蓝光受体)
光敏色素与光合色素有何区别呢?
一、光对植物生长发育的调节
光合色素 光敏色素
化学本质
作用
吸收光谱
分布
色素(叶绿素、类胡萝卜素)
色素—蛋白复合体
吸收、传递、转化光能
光受体
红光和蓝紫光
红光和远红光
类囊体薄膜
植物体各个部位
思考·讨论
1.温度参与植物生长发育的调控(年轮形成)
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
思考: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
年轮形成的原因:
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。
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。
颜色较浅的宽带
颜色较深的细带
1.温度参与植物生长发育的调控(春化作用)
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
冬小麦:9-10月播种,经过冬天后,来年春天开花结果。
资料2:温度影响冬小麦开花
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
思考:冬天温度低,有时会冻伤麦苗,为何不能在春天播种冬小麦呢?
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)。
1.温度参与植物生长发育的调控(春化作用)
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
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?
可以避免出现植物在冬季来临之前开花从而无法正常结果的情况。
春化作用:有些植物在生长期需要经历一段时期的低温之后才能开花。这种经历低温诱导促进开花的作用,叫做春化作用。
春化作用的温度在0℃—10℃之间。低于0℃,代谢被抑制,不能完成春化。
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.温度参与植物生长发育的调控:
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
1.温度参与植物生长发育的调控:
(1)随着季节轮回、气温周期性变化,植物发芽、开花、落叶、休眠, 追随季节的步伐。
(2)随着昼夜交替,气温午高夜低,植物的代谢有旺盛和缓慢之分。
(3)植物的所有生理活动均在一定温度范围内进行。如种子萌发、植株 生长、开花结果和叶的衰老、脱落等。
(4)植物分布的地域性很大程度由温度决定。
西双版纳热带季雨林
温带常绿阔叶林
落叶阔叶林
针叶林
2.重力参与植物生长发育的调控:
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
(1)根的向地生长主要是受哪种环境因素调节的?这有什么意义?
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。
重力是调节植物形态建成和生长发育的重要环境因素。
水平横放一株植物,一段时间后,根向地生长,茎背地生长。
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
①光敏色素是感光分子
②胚芽鞘尖端感光,生长素发生横向运输,分布不均等,使得尖端以下部位向光侧生长慢,背光侧生长快
①根冠存在一种感受重力的分子或结构
②引起生长素的重新分布,分布不均的生长素传递到伸长区后,使根出现向地性
类比胚芽鞘的向光性,推理根的向地性
2.重力参与植物生长发育的调控:
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
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。
重力方向发生改变
平衡石细胞中的“淀粉粒”会沿着重力方向沉降
引起一系列信号分子的改变
对植物生长产生影响
机理:
①垂直时淀粉体对平衡石细胞底部内质网压力均等,
②水平时不均等。
IAA
IAA
IAA
Ⅰ.根尖垂直放置时
① 生长素运往根冠。
② 根尖垂直放置时,淀粉体均匀分布在平衡石细胞底部的内质网上,内质网两侧压力相当,运往根冠的生长素均匀地运往伸长区。
伸长区
根冠
淀粉体
请用“淀粉—平衡石假说”解释根的向地性。
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
请用“淀粉—平衡石假说”解释根的向地性。
二、参与调节植物生命活动的其他环境因素
Ⅱ.根尖水平放置时
① 根尖水平放置时,淀粉体沉降到近地侧,该侧内质网压力更大。
② 压力大的一侧运输更多生长素至伸长区。
③ 高浓度生长素抑制近地侧根尖生长。
④ 低浓度生长素促进远地侧根尖生长。根尖向地弯曲。
课外实践
是否有根冠
根是否出现向地生长
可采用切除根冠的方法进行处理
可通过观察玉米根尖是否向下弯曲生长来对因变量进行观测
【设计实验】验证植物根向地性的感受部位在根冠
已有的研究表明,植物的根是靠根冠中的细胞感受重力,从而引起根的向地生长。真的是这样吗?我们能否设计实验进行验证?
课外实践
【设计实验】验证植物根向地性的感受部位在根冠
请设计实验,分别用减法原理和加法原理验证植物向地性的感受部位在根冠(完善下列表格)。
项目 处理 预期结果
减法原理 切去不同长度的根尖端 哪怕仅切掉0.5 mm,根依然失去了向地性
硝酸银灼烧根尖 _____________
加法原理 切去不同长度的根尖端后又长出尖端 __________
根失去向地性
恢复向地性
三、植物生长发育的整体调控
植物
激素
基因表达
环境因素
生命活动的调节
光、重力、温度
生长素、赤霉素
乙烯、细胞分裂素
脱落酸、油菜素内酯
影响
改变分布情况
影响产生和分布
影响表达
植物生长发育的调控,是由基因表达调控、激素调节和环境因素调节共同完成的。
植物生长发育
基因表达调控
激素
调节
环境因素调节
植物细胞里储存着全套基因
基因适时选择性表达
植物的生长、发育、繁殖、休眠等。
调控
激素是信息分子
影响
调控激素产生和分布
传递信息
细胞与细胞之间、器官与器官之间的协调
环境变化
植物响应
调控基因表达以及激素的产生、分布
器官和个体水平上的变化
三、植物生长发育的整体调控
小结