2024-2025学年新教材高中生物第5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学案新人教版选择性必修1

PAGE10-第4节环境因素参加调整植物的生命活动课标要求核心素养1．概述光调整植物生长发育的过程(生命观念、科学思维)2．概述温度、重力等环境因素调整植物生长发育的过程(生命观念、科学思维)3．基于植物接受环境因素调整的适应意义，分析和解决生产、生活中一些实际问题(社会责任)1．对教材第106页图5－12的相关内容进行图表间的转换，指出光调控植物生长发育的反应机制2．分析重力、温度等环境因素在调整植物生长发育中的作用3．综合分析植物生长发育过程中的整体调控学问导图新知预习·双基夯实一、光对植物生长发育的调整1．__光__是植物进行光合作用的能量来源。2．实例(1)少数植物的种子须要在有__光__的条件下才能萌发。(2)豆芽是在__黑暗__的环境中培育的。(3)许多植物的开花与__昼夜__长短有关。3．光作为一种__信号__，影响、__调控__植物生长、发育的全过程；植物具有能接受光信号的分子，如__光敏色素__。二、参加调整植物生命活动的其他环境因素1．除了光，__温度__、__重力__等环境因素也会参加调整植物的生长发育。2．温度可以通过影响__种子萌发__、植株生长、__开花结果__和叶的苍老、脱落等生命活动，从而参加调整植物的生长发育。植物分布的地域性很大程度上就是由__温度__确定的。3．植物根向地、茎背地生长，是在__重力__的调整下形成的。三、植物生长发育的整体调控1．植物生长发育的调控，是__基因表达调控__、__激素__调整和环境因素调整共同构成的网络。2．激素作为__信息__分子，会影响细胞的__基因表达__，从而起到调整作用。激素的产生和分布是基因表达__调控__的结果，也受到环境因素的影响。3．在个体层次，植物生长、发育、繁殖、休眠，事实上，是植物响应环境变更，调控__基因表达__以及激素产生、分布，最终表现在__器官__和__个体__水平上的变更。┃┃活学巧练____■1．光、温度等因素都是通过影响植物激素的作用来影响植物的生命活动的。 (×)2．太空失重条件下，生长素的极性运输也将丢失。 (×)3．日照时间对植物开花的调整本质上是对基因程序性表达的调控。 (√)4．光、温度等环境因子的变更不会影响植物激素的合成。 (×)5．幼苗中激素的合成受基因的调控并受光等环境因素的影响。 (√)思索：1．哪些因素会影响植物开花？(说出三种以上)提示：光照强度、光照时长、温度、湿度、自身基因等。2．光诱导植物开花的机理是什么？提示：光敏色素接受光的刺激，引发光敏色素结构发生变更，进而激发细胞核内特定基因的表达。3．环境因素除了调控开花外，还能对植物生长有什么影响？提示：温度影响年轮的形成，重力使植物根向地生长，茎背地生长等。学霸记忆·素养积累eq\x(重)eq\x(点)eq\x(呈)eq\x(现)1．光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。2．除了光，温度、重力等环境因素也会参加调整植物的生长发育。3．植物生长发育的调控，是由基因表达调控、激素调整和环境因素调整共同完成的。课内探究·名师点睛学问点光对植物生长发育的调整1．间接影响：主要通过光合作用，是一个高能反应。2．干脆影响：主要通过光形态建成，是一个低能反应。光在此主要起信号作用。植物没有反射，但也能对外界刺激做出肯定的反应，并能通过肯定的生理过程适应不良的环境。光不仅是重要的生物能量来源，光作为一种信号，影响、参加调控着植物的整个生长发育过程，如种子萌发、开花调控等。3．光敏色素与植物的生长发育植物具有接受光信号的分子，如光敏色素即色素—蛋白复合体，是一种对红光和远红光汲取有逆转效应，参加光形态建成、调整植物发育的色素蛋白。(1)光敏色素在植物体内存在两种类型：红光汲取型Pr和远红光汲取型Pfr。红光汲取型Pr：最大汲取峰为波长660nm；远红光汲取型Pfr：最大汲取峰为波长730nm。Pr与Pfr可以相互转化：光照有利于远红光汲取型Pfr的形成，使Pfr/Pr比值上升，有利于长日植物开花。Pfr/Pr比值降低有利于短日植物开花。(2)植物对光周期反应的类型长日植物(LDP)：指在24h昼夜周期中，日照长度长于某一临界日长，才能成花的植物。如小麦、萝卜、白菜、天仙子等。短日植物(SDP)：指在24h昼夜周期中，日照长度短于某一临界日长，才能成花的植物。如水稻、大豆、苍耳、烟草、菊花等。日中性植物：在任何长度的日照下均能开花。如月季、四季豆、番茄等。光通过光敏色素影响植物生长发育的诸多过程。如：需光种子的萌发、叶的分化和扩大、小叶运动、光周期与花诱导、花色素形成、质体(包括叶绿体)的形成、叶绿素的合成、休眠芽的萌发、叶脱落等。┃┃典例剖析____■典例1下列说法不正确的是 (B)A．植株生长、开花接受光的调控，都体现了植物对环境的适应B．光敏色素主要汲取红外光C．光敏色素分布在植物的各个部位D．光调控植物生长发育的机制是感受信号→传导信号→发生反应解析：光敏色素主要汲取红光和远红光，B错误。┃┃变式训练____■1．赤霉素和光敏色素能协调调整拟南芥主根的生长。某小组用野生型拟南芥植株(WT)、光敏色素A(phyA)缺失突变体和光敏色素B(phyB)缺失突变体为材料，探讨在黑暗和光照条件下，赤霉素合成抑制剂——多效唑(PAC)对拟南芥幼苗主根生长的影响，试验结果如图所示，下列分析错误的是 (D)A．光敏色素可能不参加黑暗条件下PAC调控主根生长的过程B．在光照和黑暗条件下，PAC调控主根生长的效果存在差异C．phyA介导的光信号对PAC调控主根生长的影响不明显D．phyB介导的光信号能增加PAC对主根生长的抑制效果解析：据图分析，在全黑暗条件下，三种植物的主根相对长度随PAC浓度的变更而变更的状况相像，差异不大，说明光敏色素可能不参加黑暗条件下PAC调控主根生长的过程，A正确；结合两幅图分析可知，在光照和黑暗条件下，PAC调控主根生长的效果存在差异，B正确；全光照条件下，phyA缺失突变体与野生型的曲线差异不大，说明phyA的介导的光信号对PAC调控主根生长的影响不明显，C正确；据图分析可知，在肯定的PAC浓度范围内，phyB介导的光信号能增加PAC对主根生长的促进效果，D错误。学问点参加调整植物生命活动的其他环境因素(一)温度1．年轮的形成树木年轮是在树木茎干的韧皮部里的一圈形成层。在一年中，形成层细胞分裂活动的快慢是随着季节变更而变动的。春天和夏天，气候最相宜树木生长，形成层的细胞就特别活跃，分裂很快，生长快速，形成的木质部细胞大、壁薄、纤维少、输送水分的导管多。到了秋天，形成层细胞的活动渐渐减弱，于是形成的木质部细胞就狭窄、壁厚、纤维较多、导管较少。春夏质地疏松，颜色较淡；秋季质地紧密，颜色较深。不同季节的深浅结合起来成一圆环，这就是树木一年所形成的木材，就是年轮。年轮图案同气温、气压、降水量有肯定的关系。2．春化作用(1)植物通过春化的条件：①低温。类型春化温度范围(℃)春化天数(d)冬性0～335～45半冬性5～820～30春性10～125～15②水分、氧气和养分及小于40%长日照诱导。前体物eq\o(→,\s\up7(低温))中间产物eq\o(→,\s\up7(低温))最终产物(完成春化)高温25℃～40℃↓分解(2)春化作用的机理：①感受低温的时期：种子吸胀萌动时及苗期。②感受低温的部位：分生组织(能进行细胞分裂的部位)、幼叶、叶柄基部。如芹菜等茎尖生长点。③机理：春化过程中，感受低温的部位分生组织中的RNA和蛋白质含量增加，代谢也发生依次性变更。春化作用分2个阶段：a．春化作用的前体物质在低温下转变成不稳定的中间产物；b．在20℃下，中间产物转变为热稳定的物质，即最终产物。(3)春化作用的应用①低温处理促进花芽分化，如石竹等的春播。②利用解除春化限制开花，如贮藏的洋葱鳞茎经高温处理以解除春化，防止开花，可以增产。(二)重力1．向重力性概念：植物的根能顺着重力方向向下生长，而茎会背离重力方向向上生长，这种现象称为向重力性。2．根的向地生长与茎的背地生长分析(1)植物茎的负向重力性与根的向重力性的产朝气制缘由：如图，A、B为极性运输，C、D为重力作用下的横向运输。地心引力→生长素分布不匀称→近地侧浓度高eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(茎对生长素敏感性低→茎的背重力性,根对生长素敏感性高→根的向重力性))(2)根的向重力性运动机理：目前，说明根的向重力性运动机理有3种假说：Cholodny－Went学说、平衡石学说和双叉理论。其中Haberland－Nemee的淀粉—平衡石学说受到普遍的重视。平衡石学说认为根冠感受重力刺激的是细胞内可移动的颗粒，称之为平衡石。一般认为，造粉体可能是根冠细胞中感受重力作用的平衡石或称之为重力传感器。1个造粉体细胞含有10～20个直径为10μm的淀粉粒。含平衡石的细胞称为平衡细胞。植物体内的平衡石分布因器官而异，根部的平衡石在根冠中，而茎部的平衡石分布在维管束四周的1～2层细胞(淀粉鞘)，平衡石在重力影响下，下沉在细胞的底部。试验表明，钙离子在向重力性反应中起着重要的作用。将含有钙离子螫合剂(如EGTA)的琼脂块放在横放玉米根的根冠上，无向重力性反应；如改用含钙离子的琼脂块，则复原向重力性反应。进一步探讨发觉，玉米根冠中的钙调素浓度是伸长区的4倍。外施钙调素的抑制剂于根冠，则根丢失向重力性反应。结合平衡石、生长素、钙离子和钙调素对向重力性的影响，有人提出向重力性的机理：根横放时，平衡石沉降到细胞下侧的内质网上，产生压力，诱发内质网释放钙离子到细胞质内，钙离子和钙调素结合激活细胞下侧的钙泵和生长素泵，于是细胞下侧积累较多的钙离子和生长素，影响该侧细胞的生长。(3)应用：在农业生产中，我们强调要匀称施肥和浇灌，防止植物的根生长不均而易倒伏，因为植物的根具有向化性和向水性。┃┃典例剖析____■典例2根的向地性和茎的背地性均和生长素分布不匀称有关，然而造成此种分布差异的缘由尚不清晰，不过科学家发觉Ca2＋好像和生长素分布差异有关。如图为垂直放置的玉米芽，Ⅰ、Ⅱ中黑色小方块含Ca2＋，但Ⅰ中置于伸长区，Ⅱ中置于根冠，Ⅲ中白色小方块含Ca2＋抑制剂，抑制Ca2＋的移动，置于根冠，试验结果如图。关于这组试验的叙述正确的是 (D)A．伸长区无法汲取Ca2＋B．Ca2＋的有无会造成根的弯曲C．若将Ⅲ中白色小方块置于伸长区，则预期根会弯曲D．根冠部位的Ca2＋浓度差异和根的弯曲有关解析：结合题图和题干信息知，三者生长的差异在于小方块所放位置和所含物质的差异，由Ⅰ、Ⅱ对比可知：含有Ca2＋的小方块在根冠部位时，可能是Ca2＋促进了根冠部位的生长素向Ca2＋浓度较高的部位集中，使未放置小方块的一侧生长快、放置小方块的一侧生长受抑制，而伸长区的生长素分布不受Ca2＋的影响；Ⅱ与Ⅲ相比，小方块中所含物质不同，可能是Ⅲ中小方块中的抑制剂影响了Ca2＋的移动，使未放置的一侧Ca2＋浓度较高，生长素分布较多，抑制生长，使放置的一侧生长素浓度低，促进生长，使根弯向未放置小方块的一侧，D项正确。┃┃变式训练____■2．冬小麦是我市重要的粮食作物，农业科技人员不断进行探讨以期获得高产抗病的新品种。冬小麦经过低温环境才能开花，这是由于幼苗感受低温刺激产生某种特别蛋白质所致，该作用称为春化作用，高温、低氧、缺水等均可解除春化作用而导致冬小麦最终不能抽穗开花。请分析材料并结合所学学问回答下列问题。(1)春化作用导致特定蛋白质的产生，说明__春化作用(低温)激活了确定该蛋白质的基因(环境影响基因的表达)__。(2)某探讨小组发觉经过寒冷之后，部分二倍体野生小麦突变成了四倍体小麦，合理的说明是__低温抑制纺锤体的形成，导致染色体数目加倍__。突变后的四倍体小麦与二倍体野生小麦是否为同一个物种？并请简要说明理由。__不是，与原品种之间存在生殖隔离，杂交产生的后代是不育的__。(3)在育种过程中，一科研人员发觉小麦早熟性状个体全为杂合子，欲探究小麦早熟性状是否存在显性纯合致死现象(即EE个体无法存活)，探讨小组设计了以下试验，请补充有关内容。试验方案：让早熟小麦自交，统计后分析比较__子代的表现型及比例__。预期试验结果及结论：①假如__子代表现型为早熟和晚熟，比例为2∶1__，则小麦早熟性状存在显性纯合致死现象；②假如__子代表现型为早熟和晚熟，比例为3∶1__，则小麦早熟性状不存在显性纯合致死现象。解析：(1)春化作用导致特定蛋白质的产生，说明春化作用(低温)激活了确定该蛋白质的基因(环境影响基因的表达)。(2)低温抑制纺锤体的形成，导致染色体数目加倍，因此经过寒冷之后，部分二倍体野生小麦突变成了四倍体小麦，突变后的四倍体小麦与二倍体野生小麦之间存在生殖隔离，杂交产生的后代是不育的，因此突变后的四倍体小麦与二倍体野生小麦不是同一个物种。(3)让早熟小麦自交，统计后分析比较子代的表现型及比例。假如子代表现型为早熟和晚熟，比例为2∶1，则小麦早熟性状存在显性纯合致死现象；假如子代表现型为早熟和晚熟，比例为3∶1，则小麦早熟性状不存在显性纯合致死现象。指引迷津·拨云见日一、光周期诱导1．光周期诱导植物在达到肯定生理年龄时，经过足够天数的相宜光周期处理，以后即使处于不相宜的光周期下，仍旧能开花的现象，这种诱导效应叫作光周期诱导。光周期刺激的感受部位——叶片。2．植物的地理起源和分布与光周期特性低纬度地区——短日照植物(SDP)，高纬度地区——长日照植物(LDP)，中纬度地区——短日照植物(SDP)和长日照植物(LDP)。同一纬度，LDP：春末和夏季开花(如小麦)；SDP：秋季开花，如菊花。3．光周期理论在农业生产上的主要应用(1)引种和育种。通过人工光周期诱导，可以加速良种繁育，缩短育种年限。杂交育种中，可以通过延长和缩短日照长度，来限制花期，以解决父母本花期不遇的问题。(2)限制花期。花卉栽培中，对花期不遇或新品种光周期的人工限制可以促进或延迟开花。如菊花(SDP)：遮光；杜鹃(LDP)：人工延长光照。SDP：Pfr/Pr比值低，促进开花。LDP：Pfr/Pr比值高，促进开花。暗期被红光间断，Pfr/Pr比值上升，抑制SDP成花，促进LDP成花。暗期被远红光间断，Pfr/Pr比值降低，抑制LDP成花，促进SDP成花。(3)调整养分生长和生殖生长。对以收获养分体为主的作物，可通过限制光周期抑制其开花。短日照植物SDP：如大豆，北方→南方，因提前开花，故选晚熟品种；南方→北方，应选早熟品种。长日照植物LDP：如小麦，北方→南方，因延迟开花，应当选早熟品种；南方→北方，应选晚熟品种。如麻类是短日照植物，南种北引可推迟开花。养分生长期长，则麻类生长期较长，可提高纤维产量和质量，但因为北方地区难满意麻类所需的短日条件，因而南麻北种会延迟开花，种子不能刚好成熟。若在留种地，植株苗期采纳短日处理，可解决种子问题。┃┃典例剖析____■典例3植物的生命活动受植物激素的调整，如图为某植物感知外界光照、温度等变更，通过调整激素的合成促进植物冬天休眠、夏天生长过程示意图。分析最合理的是 (A)A．长日照能促进过程②④，短日照能促进过程⑤⑥B．10℃有利于过程②④，30℃有利于过程⑤⑥C．10℃有利于过程①②③④，30℃有利于过程①③⑤⑥D．长日照能促进全部过程，短日照能抑制全部过程解析：夏季长日照、温度高，植物生长旺盛，细胞分裂素和赤霉素分泌增多，所以长日照、较高温度能促进过程②④；冬季短日照、气温低，叶和果实的苍老和脱落，生长受到抑制，所以短日照、低温能促进过程⑤⑥，A正确，B、C、D错误。二、证明生长素的横向运输和极性运输的相关试验1．证明横向运输发生在胚芽鞘尖端的试验(1)试验操作(2)试验现象：装置a中胚芽鞘直立生长；装置b和c中胚芽鞘弯向光源生长。(3)试验结论：生长素的横向运输发生在胚芽鞘尖端。2．证明生长素的极性运输的试验(1)试验操作(2)试验现象：a组去掉尖端的胚芽鞘向右弯曲生长，b组去掉尖端的胚芽鞘不生长也不弯曲。(3)试验结论：生长素只能由形态学上端向形态学下端运输，而不能反过来运输。┃┃典例剖析____■典例4将一玉米幼苗固定在支架上，支架固定在温度、湿度相宜且底部有一透光孔的暗室内(光源通过小孔只能照耀到茎的一侧)。从下图所示状态起先，光源随暗室同步缓慢匀速旋转，几天后停止于起始位置。此时，幼苗的生长状况是 (B)A．根水平生长，茎向上弯曲生长B．根水平生长，茎向下弯曲生长C．根向下弯曲生长，茎向上弯曲生长D．根向下弯曲生长，茎向下弯曲生长解析：对茎来