資源簡介

第4節　環境因素參與調節植物的生命活動
【學習目標】
1.通過資料分析,歸納光、溫度、重力與植物生長發育調節的關系。(生命觀念、科學思維)
2.基于光在植物生長發育全程中的調節作用,理解環境因素的調節與植物的適應性之間的關系,并能結合生活實例說明植物生命活動調節的復雜性和整體性。(生命觀念、科學思維)
3.通過紅光與紅外光對萵苣種子萌發的實驗探究,培養實驗設計和分析實驗結果的能力。(科學探究)
【自主預習】
一、光對植物生長發育的調節
1.光在植物生長發育中的作用
(1)光是植物進行　光合作用　的能量來源。
(2)光作為一種　信號　,影響、調控植物生長、發育的全過程。
在自然界中,種子萌發,植株生長、開花、衰老,等等,都會受到光的　調控　。植物的向光性生長,實際上也是植物對光刺激的反應。
2.植物能夠對光作出反應的原因
(1)植物可以感知　光信號　。
(2)植物具有能接受　光信號　的分子,光敏色素是其中的一種。
(3)光敏色素是一類　蛋白質(色素—蛋白復合體)　,分布在植物的各個部位,其中在　分生組織　的細胞內比較豐富。
3.光調控植物生長發育的反應機制
陽光照射→　光敏色素　被激活,　結構　發生變化→信號經過　信息傳遞系統　傳遞到細胞核內→細胞核內　特定基因　的轉錄變化(表達)→轉錄形成RNA→蛋白質→表現出生物學效應。
二、參與調節植物生命活動的其他環境因素
1.溫度
(1)春化作用:有些植物在生長期需要經歷一段時期的　低溫　誘導才能促使植物　開花　的作用。例如冬小麥、冬大麥、蕙蘭等,如果不經過一定時間的低溫,它們就會一直保持營養狀態或很晚才能開花。
(2)溫度對植物生活的影響:
a.生命活動的節奏隨　季節　變化。
b.晝夜溫差影響植物　代謝　。
c.植物的所有生理活動都在一定的　溫度范圍　內進行。
d.決定植物分布的　地域性　。
2.重力
(1)重力是調節植物　生長發育　和形態建成的重要環境因素。
根的　向地性　、莖的　背地性　→具有感受重力的物質和細胞,將　重力信號　轉換成運輸生長素的信號→造成　生長素　分布不均衡,從而調節植物的生長方向。
(2)淀粉—平衡石假說:植物對重力的感受是通過體內一類富含“淀粉體”的細胞,即　平衡石細胞　來實現的。重力方向發生改變→平衡石細胞中的“　淀粉體　”會沿著　重力方向　沉降→引起一系列　信號分子　的改變→影響植物生長。
三、植物生長發育的整體調控
1.植物生長發育的調控,是由　基因表達調控　、　激素調節　和　環境因素調節　共同完成的。
2.植物的生長、發育、繁殖、休眠,都處在　基因適時選擇性表達　的調控之下。
3.激素作為　信息分子　,會影響細胞的　基因表達　,從而起到調節作用。
4.激素的產生和分布是　基因表達調控　的結果,也受到　環境因素　的影響。
【合作探究】
任務　探究環境因素對植物生命活動的影響
活動1　探究環境因素對植物生命活動的影響
1.根據下圖回答問題:
(1)光敏色素是一類蛋白質(色素—蛋白復合體),受到光照時結構會發生變化。這一變化的實質可能是什么
(2)據圖描述紅光和遠紅光影響植物代謝,產生效應分為哪幾個階段 其具體過程是怎樣的 (用箭頭和文字進行表述)
(3)對植物來說,光只是參與光合作用嗎
(4)菊花為短日照植物,在五一勞動節時需要擺放菊花花壇,欲使菊花在五一勞動節時開花,應對其進行怎樣的處理
(5)種子發芽、植株生長和開花都受光的調控,它們是如何體現植物對環境的適應的
　　【提示】　(1)蛋白質的空間結構發生變化。
(2)光對植物代謝的影響分為感受信號、傳導信號和發生反應三個階段。紅光和遠紅光→光敏色素被激活,結構發生變化→信號經過轉導,傳遞到細胞核內→影響細胞核內特定基因的轉錄和翻譯→表現出生物學效應。
(3)不是,光作為一種信號,影響植物生長、發育的全過程。
(4)菊花的花期一般為9~11月,因此應提前對其進行短日照處理。
(5)萌發需要光照的種子一般較小,這是對環境的適應——萌發后能立即進行光合作用,從而避免在無光條件下萌發后“餓死”;植株在生長和開花過程中,跟隨著光照的節奏,能保證生命活動正常進行,能保證正常地繁衍后代,這也是植物對環境的適應。
2.閱讀課本P107“思考·討論”中的相關資料,回答下列問題:
(1)有的植物需要經過春化作用才能開花,這對于它們適應所生存的環境有什么意義
(2)春化作用過程中,感受低溫的部位——分生組織中的RNA和蛋白質含量增加,說明低溫通過什么機制影響植物的開花
　　【提示】　(1)這樣可以避免出現在冬季來臨之前開花而無法正常結果的情況。
(2)通過影響基因的轉錄和翻譯影響基因的表達。
3.種子萌發后,根向地生長,莖背地生長;水平放置的幼苗,根也會向地生長,莖則彎曲向上生長,試敘述其原因。根的向地生長和莖的背地生長有什么意義呢
　　【提示】　根向地生長,可以深扎根,能更好地利用水分和無機鹽;莖背地生長,可以將枝條伸向天空,能更好地利用陽光進行光合作用。
認知生成
環境因素對植物生長發育的調控
1.光既能作為植物細胞的能量來源,又能通過影響光敏色素等蛋白質的結構,引起光信號傳導,改變植物激素水平和基因表達水平。光對植物生長發育的調控:種子萌發,植株生長、開花和衰老等。光敏色素的本質是一類蛋白質(色素—蛋白復合體),光敏色素主要吸收紅光、遠紅光,分布在植物的各個部位,其中在分生組織的細胞內含量比較豐富。
2.溫度對植物生長發育的調控:種子萌發,植株生長、開花、結果和葉的衰老、脫落等。
3.重力對植物生長發育的調控:影響激素的運輸和分布。
例1　(2023·威海月考)光、溫度、重力等環境因素可參與調節植物的生命活動,下列有關敘述錯誤的是(　　)。
A.光敏色素是植物細胞內能接受光信號的蛋白質
B.光敏色素結構的改變可影響細胞核中特定基因的表達
C.年輪的形成與春夏季細胞分裂快、細胞體積大有關
D.根部感受重力的物質和細胞可將重力信號轉換成合成生長素的信號
　　【答案】　 D
【解析】　 光敏色素是一種接受光信號的分子,化學本質是色素—蛋白復合體,分布在植物的各個器官中,A正確;光敏色素主要吸收紅光和遠紅光,吸收的紅光和遠紅光能使光敏色素結構發生變化,影響細胞核中特定基因的表達進而調控植物生長發育,B正確;年輪是樹木在生長過程中,受到季節變化過程中的溫度影響后,細胞分裂速度產生變化導致的結果,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,秋冬季細胞分裂慢,細胞體積小,在樹干上形成顏色較深的帶,C正確;植物根中具有感受重力的物質和細胞,可將重力信號轉換成運輸生長素的信號,D錯誤。
【知識拓展】　　光對植物生長發育的調節
1.光對植物顏色的影響
葉綠素的形成需要光。種子在黑暗中萌發,長成的幼苗葉片中缺乏葉綠素,表現為“黃化苗”。
2.光對植物形態的影響
植物的向光性:單側光照使向光側的生長素向背光側轉移,導致背光側生長較快,從而使植物向光生長。
對點練1　(2022·長沙聯考)下列關于溫度對植物生命活動調節的敘述,錯誤的是(　　)。
A.年輪是由不同季節的溫度不同引起植物細胞分裂快慢和細胞體積大小不同而產生的
B.光作為一種信號,參與調控植物生長、發育的全過程,植物分布的地域性也由光照決定
C.溫度可以通過影響種子萌發,植株生長、開花、結果等生命活動參與調節植物的生長發育
D.重力可以調節植物的生長方向,植物的根、莖中具有感受重力的物質和細胞
　　【答案】　B
【解析】　年輪形成的原因:在春夏季細胞分裂快、細胞體積大,在樹干上形成顏色較淺的帶;在秋冬季細胞分裂慢、細胞體積小,在樹干上形成顏色較深的帶,A正確。光作為一種信號,參與調控植物生長、發育的全過程,植物分布的地域性很大程度上是由溫度決定的,B錯誤。溫度可以通過影響種子萌發,植株生長、開花、結果和葉的衰老、脫落等生命活動,從而參與調節植物的生長發育,C正確。植物的根、莖中具有感受重力的物質和細胞,可以將重力信號轉換成運輸生長素的信號,造成生長素分布不均衡,從而調節植物的生長方向,D正確。
素能提升　光對植物開花的影響(實驗推理能力突破)
1.長日照植物
(1)概念:只有當日照長度超過臨界日長,或者說暗期必須短于某一時數才能形成花芽的植物。否則不能形成花芽,只停留在營養生長階段。
(2)實例:冬小麥、大麥、油菜、蘿卜等,緯度超過60°的地區,多數植物是長日照植物。
2.短日照植物
(1)概念:只有當日照長度短于其臨界日長時才能開花的植物。在一定范圍內,暗期越長,開花越早,若在長日照下則只進行營養生長而不能開花。
(2)實例:許多熱帶、亞熱帶和溫帶春秋季開花的植物大多屬于短日照植物,如大豆、玉米、水稻、紫花地丁等。
【疑難辨析】　　長日照植物與短日照植物的區分
1.長日照植物和短日照植物的開花與日照時長并無直接關系,連續的黑暗時長會直接決定其開花與否。即促進長日照植物的開花并不需要延長日照時長,只要在連續的黑暗中給予短時間的光照,將連續的黑暗時長縮短至某一臨界值以下就可以了;而對于短日照植物,只需延長連續黑暗的時間即可。所以長日照植物也叫短夜植物,短日照植物也叫長夜植物。
2.長日照植物和短日照植物的臨界日長(夜長)根據物種不同而不同,并不是嚴格的12小時。
　　光不僅是植物光合作用的能量來源,還能調節其生命活動。很多植物的開花與晝夜長短有關。例如,菠菜只有白天長度超過13 h才開花,蒼耳只有白天長度短于15.5 h才開花。但也有植物的開花與晝夜長短沒有關系,如黃瓜、棉花、向日葵等。長日照植物是指在24 h晝夜周期中,日照長度必須長于一定時間(L)才能開花的植物;短日照植物是指在24 h晝夜周期中,日照長度短于一定時間(S)才能開花的植物。這里的“一定時間(L)”和“一定時間(S)”稱為臨界日長(臨界值)。
(1)長日照植物的臨界日長(L)　　　　　(填“可能”或“不可能”)小于短日照植物的臨界日長(S)。
(2)為了研究光照和黑暗時間與植物開花的具體關系,科研工作者用某短日照植物和某長日照植物做了如下研究,所得結果如下:
注:圖1和圖2中的開花情況均為連續處理數個周期后的結果。圖2中短日照植物的臨界日長為ab,長日照植物的臨界日長為ac。
根據圖1結果推測:短日照植物開花,每個周期(24 h)必須經過　　　　　(填“長于”或“短于”)某個時間的連續　　　　　　(填“光照”或“黑暗”),且處理數個周期。
(3)圖1中長日照植物的開花條件,有兩種推測。推測A:取決于每個周期該條件的連續時長;推測B:取決于每個周期光照總時長。
科學家繼續用上述兩種植物做了相關實驗,據圖2結果推測B不合理,理由是 　(用文字和圖中字母回答)。
按照推測A,從開花的條件分析,圖2第Ⅴ組實驗中長日照植物能開花的原因是 　(用文字和圖中字母回答)。
(4)根據以上結果推測,在某地某短日照植物臨近開花季節,夜間照明會使開花時間　　　　　(填“提前”或“推遲”)。
　　【答案】　(1)可能　(2)長于　黑暗　(3)圖2中Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ組每個周期光照總時長均短于臨界值ac,但長日照植物都開花了　第Ⅴ組的每個周期中的連續黑暗時長小于cd,滿足推測A中的開花條件　(4)推遲
【解析】　(1)長日照植物是指日照長度必須長于一定時間(L)才能開花的植物,而短日照植物指在24 h晝夜周期中,日照長度短于一定時間(S)才能開花的植物,兩者的臨界日長可能是不相等的,所以長日照植物的臨界日長(L)可能小于短日照植物的臨界日長(S)。(2)根據圖1結果推測:短日照植物開花,則每個周期(24 h)中,黑暗時間需要足夠長,必須長于某個時數,而且不能間歇性地給予光照,即必須連續黑暗,且處理數個周期,才可以開花。(3)科學家繼續用上述兩種植物做了相關實驗,據圖2結果推測B不合理,理由是圖2中Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ組每個周期光照總時長均短于臨界值ac,但長日照植物都開花了,說明開花條件并非取決于每個周期光照的總時長。按照推測A,從開花的條件分析,取決于每個周期該條件的連續時長,圖2第Ⅴ組實驗中長日照植物能開花的原因是第Ⅴ組雖然每個周期光照總時長均短于臨界值ac,但每個周期中的連續黑暗時長小于cd,滿足推測A中的開花條件。(4)根據以上結果推測,在某地某短日照植物臨近開花季節,夜間照明會導致沒有滿足連續的黑暗時間,導致無法開花,即開花時間會推遲。
活動2　植物生長發育的整體調控
1.植物生長發育調節的網絡是什么
　　【提示】　基因表達調控、激素調節和環境因素調節共同構成的網絡。
2.如何理解基因表達、環境因素、激素調節三者之間的關系
　　【提示】　環境因素和激素都能作為信息影響基因的表達;基因表達和環境因素能影響激素的產生和分布。
3.植物生長、發育、繁殖、休眠的實質是什么
　　【提示】　植物響應環境變化,調控基因表達和激素的產生、分布,從而引起器官和個體水平的變化。
認知生成
植物生長發育調節的網絡圖
例2　(2023·重慶調研)植物生長發育的調控,是由基因表達調控、激素調節和環境因素調節共同完成的(三者關系如下圖)。下列說法不正確的是(　　)。
A.圖中a、b、c依次代表植物激素、基因和環境因素
B.單側光照可以影響生長素在胚芽鞘伸長區的橫向運輸體現c改變a的分布
C.赤霉素調控萌發大麥種子α-淀粉酶基因表達體現a對b的影響
D.a的產生和分布是b調控的結果,也受到c的影響
　　【答案】　 B
【解析】　 環境因素和植物激素都能影響基因的表達,環境因素可改變激素的分布情況,因此圖中a、b、c依次代表植物激素、基因和環境因素,A正確;單側光可改變生長素在胚芽鞘尖端的分布,即橫向運輸發生在胚芽鞘尖端,而不是在胚芽鞘伸長區,B不正確;a、b、c依次代表植物激素、基因和環境因素,因此赤霉素調控萌發大麥種子α-淀粉酶基因表達體現a對b的影響,C正確;激素的產生和分布是基因表達的結果,也受到環境的影響,D正確。
對點練2　(不定項)下列有關植物生長發育的敘述,正確的是(　　)。
A.植物的生長發育都處在基因表達調控之下
B.植物的生長發育不僅僅受植物激素調控
C.激素屬于調節植物生長發育的內部信號
D.調節植物生長發育的環境因素主要有光、溫度、重力等
　　【答案】　ABCD
【解析】　激素調節能影響基因調控,是影響植物生長發育的內部信號,基因調控能影響激素的產生和分布等,從而影響激素調節。
【隨堂檢測】
課堂小結 課堂小測
判斷下列關于植物生命活動調節的正誤。 (1)植物的開花會受光的調控,衰老不受光的調控。 (×) (2)植物對重力的感受是通過平衡石細胞來實現的。 (√) (3)光作為一種信息,影響調控植物生長、發育的全過程,植物種子的萌發都需要在有光的條件下才能發生。 (×) (4)光敏色素是一類蛋白質,分布在植物的各個部位,在葉肉細胞內比較豐富。 (×) (5)在受到光照射時,光敏色素的結構會發生變化,這一變化的信息會傳導到細胞核內,影響特定基因的表達。 (√) (6)能說明重力調控植物生命活動的實例有根的向地性、莖的背地性和頂端優勢等。 (×)
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