高中生物人教版 (2019)选择性必修1第4节 环境因素参与调节植物的生命活动学案

【标题】第4节　环境因素参与调节植物的生命活动

光对植物生长发育的调节

1．光是植物进行光合作用的能量来源。

2．实例

（1）少数植物的种子需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）很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。

[预习反馈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．光敏色素主要吸收红外光

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：光敏色素主要吸收红光和远红光，B错误。

[预习反馈2]

研究表明，拟南芥中光敏色素介导的光信号与植物激素脱落酸（ABA）代谢途径相互作用。phyB突变体水稻无法合成光敏色素，利用野生型和光敏色素突变体水稻作为研究材料，分析光敏色素介导的光信号对ABA生物代谢的影响，结果如下图所示。请回答下列问题：

（1）分析实验，phyB突变体与野生型相比，体内内源ABA含量差异可能原因是：实验（b）中ABA合成代谢相关基因是图中的OsABAOX2和3（选填1、2、3），在phyB突变体中的表达水平明显高于野生型。

（2）另有实验表明，外源ABA明显抑制光照下生长的水稻种子的萌发，且外源ABA对phyB突变体种子萌发的抑制效果更明显。据此推测，在野生型水稻体内光敏色素通过感受光信号削弱（填“削弱”或“增强”）了ABA对种子萌发的抑制效果。

（3）ABA的生理作用除了抑制种子萌发外，还可以抑制细胞分裂，促进叶和果实的衰老和脱落，促进气孔关闭（至少写两点）。

解析：（1）（b）图中显示phyB突变体的OsABAOX2基因和OsABAOX3基因的表达水平都高于野生型，导致phyB突变体的叶片和幼苗中内源ABA含量都高于野生型；而phyB突变体的OsABAOX1基因表达水平低于野生型，说明ABA合成代谢相关基因是OsABAOX2和OsABAOX3。

（2）根据题意分析，外源ABA明显抑制光照下生长的水稻种子的萌发，且外源ABA对phyB突变体种子萌发的抑制效果更明显，说明在野生型水稻体内光敏色素通过感受光信号削弱了ABA对种子萌发的抑制效果。

（3）脱落酸（ABA）的生理作用除了抑制种子萌发外，还可以抑制细胞分裂，促进果实和叶的衰老和脱落，促进气孔关闭等。

参与调节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与调节植物的生长发育。

2．温度可以通过影响种子萌发、植株生长、开花结果和叶的衰老、脱落等生命活动，从而参与调节植物的生长发育。植物分布的地域性很大程度上就是由温度决定的。

3．植物根向地、茎背地生长，是在重力的调节下形成的。

[预习反馈3]

下列关于植物生命活动调节的叙述，错误的是 （　B　）

A．不同的植物激素间具有协同或相互抗衡的作用关系

B．所有的植物种子萌发都需要光

C．光、重力和温度等因素对植物生长发育也具有调节作用

D．植物正常生命活动是多种激素共同调控的结果

解析：不同的植物激素间具有协同或相互抗衡的作用关系。比如生长素、赤霉素（GA）、细胞分裂素（CTK）有协同作用，促使植物生长；而乙烯的作用是促进果实成熟，抑制植物生长，A正确。洋葱、番茄的种子萌发，受光的抑制，B错误；植物在生长发育的过程中，都会受到环境中多种因素的调节作用，如光、重力、温度等，C正确。植物生命活动的正常进行主要是多种激素共同调控的结果，D正确。

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、激素调节和环境因素调节共同构成的网络。

2．激素作为信息分子，会影响细胞的基因表达，从而起到调节作用。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，实际上，是植物响应环境变化，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化。

　　判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

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。 （　×　）

点拨：光、温度等因素可以通过影响细胞呼吸等来影响植物的生命活动。

2．太空失重条件下，生长素的极性运输也将丧失。 （　×　）

点拨：太空失重条件下，生长素不会发生横向运输，但依然会发生极性运输。

3．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。 （　√　）

4．光、温度等环境因子的变化不会影响植物激素的合成。 （　×　）

点拨：植物激素的合成受光、温度等环境因子的影响。

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。 （　√　）

疑难1　环境因素对植物生命活动调节的判断

情境探究

一天之内，不同的花开放的时间是不同的。凌晨四点，牵牛花吹起了紫色的小喇叭；五点左右，艳丽的蔷薇绽开了笑脸；七点，睡莲从梦中醒来；中午十二点左右，午时花开放了；下午三点，万寿菊欣然怒放；傍晚六点，烟草花在暮色中苏醒；月光花在七点左右舒展开自己的花瓣；夜来香在晚上八点开花；昙花却在九点左右含笑一现……植物开花的时间与温度、湿度、光等环境因素有着密切的关系。

最新科学研究表明，在拟南芥和水稻中，CO（CONSTANS）基因位于生物钟的输出途径，是生物钟和开花时间基因之间监测日照长度的重要元件，它可以整合光信号和生物钟信号，节律性地激活FLOWERINGLOCUST（FT）基因的表达，从而诱导开花。

问题

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．结合资料和教材简要叙述光诱导植物开花的机理。

提示：光敏色素接受光的刺激，引发光敏色素结构发生改变，进而激发细胞核内特定基因的表达，例如：FLOWERINGLOCUST基因表达的产物诱导植物开花。

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。

【讲解1】温度对植物生长发育的影响

（1）在春夏季细胞分裂快、细胞体积大，在树干上形成颜色较浅的带；在秋冬季细胞分裂慢、细胞体积较小，树干上形成颜色较深的带，于是就形成了一圈一圈的年轮。

（2）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使植物开花的作用，称为春化作用。

　　【讲解2】光对植物生长发育的影响

　　【讲解3】重力对植物生长发育的影响

根的向地性和茎的背地性。把植物水平放置，由于重力作用，茎向上弯曲生长，而根则向下弯曲生长，这种现象叫作向地性。根为正向地性，茎为负向地性（背地性）。这种现象是生长素分布不均匀造成的。由于重力的作用，生长素在水平放置的植物的近地一侧分布得多，远地一侧分布得少。由于根对生长素敏感，近地侧生长素浓度高反而抑制其生长，远地侧生长素浓度低促进其生长，所以根产生正向地性。由于茎对生长素较为不敏感，近地侧生长素浓度高促进其生长，所以茎产生背地性。种子播种到土中，不管胚的方位如何，总是根向下生长，茎向上生长，以适应环境。因此，根的向地性和茎的背地性有利于植物的生长发育。

疑难2　植物生长发育的调控

【讲解】植物生长发育的调控，是基因表达调控、激素调节和环境因素调节共同构成的网络。

一、单项选择题

1．下列关于植物茎的负向重力性和根的向重力性的叙述，正确的是 （　C　）

A．在根部“3→4”的运输不需要消耗ATP

B．生长素对2处和6处的作用相同

C．两种现象说明根对生长素的敏感性高于茎

D．两种现象均能体现生长素“低浓度促进，高浓度抑制”的特点

解析：根部生长素“3→4”的运输属于主动运输，所以需要消耗ATP；2处的生长素浓度大于1处，6处的生长素浓度大于5处，但2处的生长受到抑制，6处的生长受到促进，体现了根对生长素的敏感性大于茎；茎的背地生长中只有促进作用没有抑制作用，所以不能体现生长素作用的特点。

2．植物的果实从开始发育到完全成熟的过程中，主要由下列哪些激素共同起作用 （　D　）

①萘乙酸　②生长素　③2，4－D　④细胞分裂素　⑤乙烯

A．①②⑤ B．②③④ C．②③⑤ D．②④⑤

解析：植物果实发育过程中需细胞分裂素促进细胞分裂和生长素促进细胞的伸长，在果实发育到一定程度后，乙烯的催熟作用，使果实成熟。萘乙酸和2，4－D为人工合成的生长素类调节剂，在正常发育中，植物不需要。

3．建设绿色“一路一带”，沙漠防治的先锋树种是沙柳，为提高沙柳成活率，常常需要对沙柳掐尖留芽并摘除一定量成熟叶片。下列与之相关的叙述中合理的是              （　A　）

A．植物的生长、发育、繁殖、休眠，都处在基因适时选择性表达的调控之下

B．因为叶片无法合成生长素，故而可对沙柳摘除一定量成熟叶片

C．沙柳的正常生长在根本上是植物激素调节的结果，同时还受基因组控制和环境影响

D．掐尖留芽可使侧芽合成的生长素运输到根尖、促进根生长，从而提高沙柳的成活率

解析：植物的生长、发育、繁殖、休眠，都处在基因适时选择性表达的调控之下，A正确；成熟叶片产生的生长素极少，对沙柳摘除一定量成熟叶片，是为了降低蒸腾作用，以减少植物体内水分的散失，有利于沙柳的成活，B错误；沙柳的正常生长在根本上是基因组在一定时间和空间上程序性表达的结果，光照、温度等环境因子的变化，会引起植物体内产生包括植物激素合成在内的多种变化，进而对基因组的表达进行调控，C错误；掐尖留芽可使侧芽部位的生长素浓度降低，促进侧芽的生长，但侧芽合成的生长素能运输到茎接近根的基部，不能运输到根尖，生长素在根部的极性运输方向为由“根尖端”（形态学上端）到“根近茎端”（形态学下端），D错误。

二、不定项选择题

4．下列有关植物生命活动调节的叙述，错误的是 （　CD　）

A．植物不同发育阶段，激素含量的不同是基因选择性表达的结果

B．植物激素通过影响细胞内的代谢活动对生命活动进行调节

C．生长素与乙烯通过协同作用，共同促进果实发育

D．激素不会影响细胞的基因表达

解析：乙烯没有促进果实发育的作用，C错误；激素会影响细胞的基因表达，D错误。

三、非选择题

5．植物的生长离不开光，光能调节植物的生长发育。请回答下列问题：

（1）植物进行光合作用时，将光能转化为化学能储存在有机物中，在黑暗条件下生长的植物幼苗表现出各种黄化特征，如叶片呈黄白色，而在光照条件下生长的幼苗叶片呈绿色，说明光可以诱导植物合成叶绿素（或促进叶绿体的发育）。

（2）大多数植物的向光性是由植物体内的生长素分布不均匀造成的。已知拟南芥的向光性生长受蓝光的调节，隐花色素是细胞的蓝光受体。请以野生型和隐花色素缺失突变体拟南芥幼苗为材料，设计实验验证隐花色素的作用，要求简要写出实验思路、预期结果和结论。

实验思路：将野生型和隐花色素缺失突变体拟南芥幼苗置于黑暗环境中，并观察生长情况；用蓝光持续单侧照射两组幼苗，一段时间后观察两组幼苗的生长状况。

预期结果：蓝光单侧照射前，野生型拟南芥幼苗直立生长，照射后，野生型拟南芥幼苗向光弯曲生长；蓝光单侧照射前后，隐花色素缺失突变体拟南芥幼苗均不向光弯曲。

结论：隐花色素是细胞的蓝光受体。

解析：（1）植物进行光合作用时，将光能转化为化学能储存在有机物中。黑暗中生长的幼苗表现出各种黄化特征，正常光照条件下生长的幼苗叶片呈绿色，说明光可以诱导植物合成叶绿素（或促进叶绿体的发育）。

（2）大多数植物的向光性是由植物体内的生长素分布不均匀造成的。设计实验的目的是验证隐花色素是植株内的蓝光受体，用蓝光处理前，幼苗需放置在黑暗环境中。用蓝光持续单侧照射野生型和隐花色素缺失突变体两组幼苗，一段时间后观察两组幼苗的生长状况。野生型拟南芥可以接受蓝光发生弯曲生长，而隐花色素缺失突变体缺乏蓝光受体，无法感受到单侧蓝光的刺激，不会向光弯曲生长。