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

第4节　环境因素参与调节植物的生命活动

一、光对植物生长发育的调节

1．光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。

2．植物能够对光作出反应的原因

(1)植物可以感知光信号。

(2)植物具有能够接受光信号的分子，光敏色素是其中的一种。

(3)光敏色素是一类蛋白质，分布在植物各个部位，其中在分生组织的细胞内比较丰富。

3．植物对光作出反应的过程

在受到光照射时，光敏色素的结构会发生变化，这一变化的信息会经过信息传递系统传导到细胞核内，影响特定基因的表达，从而表现出生物学效应。

二、参与调节植物生命活动的其他环境因素

1．温度

(1)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。

(2)植物分布的地域性很大程度上就是由温度决定的。

2．重力

(1)重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因素。

(2)重力作用的原理

植物的根、茎中具有感受重力的物质和细胞，可以将重力信号转换成运输生长素的信号，造成生长素分布的不均衡，从而调节植物的生长方向。

三、植物生长发育的整体调控

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。植物细胞里储存着全套基因，但是某个细胞的基因如何表达则会根据需要作调整。激素作为信息分子，会影响细胞的基因表达，从而起到调节的作用，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。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．对于植物而言，光不仅提供能量，还能调节植物生长发育。  (　　)

2．可以通过控制光照时间长短来控制花期。 (　　)

3．温度只影响细胞代谢，不参与植物生长发育的调节。 (　　)

4．被普遍认可的一种解释重力对植物生长调节的机制是“淀粉—平衡石假说”。                            (　　)

5．激素的产生和分布只受基因表达调控，不受环境影响。   (　　)

提示：1.√　2.√

3．×　温度不仅影响细胞代谢，也参与植物生长发育的调节。

4．√

5．×　激素的产生和分布是基因表达调控的结果，也受环境因素的影响。

　光对植物生长发育的调节

1．光对植物颜色的影响

(1)机理：叶绿素的形成需要光。种子在黑暗中萌发，长成的幼苗叶片中缺乏叶绿素，表现为“黄化苗”。

(2)应用：韭黄、蒜黄的培育。

2．光对植物形态的影响

(1)植物的向光性

①机理：单侧光照使向光侧的生长素向背光侧转移，导致背光侧生长较快，从而使植物向光生长。

②意义：使植物得到尽可能多的光照。

(2)豆芽的形态变化：黑暗中的幼苗下胚轴较长，使幼苗尽快出土；一旦见光，子叶展开，上胚轴快速生长，长成豆苗，以接受光照。

3．光对植物开花的影响

(1)长日照植物

①概念：只有当日照长度超过临界日长(14～17小时)，或者说暗期必须短于某一时数才能形成花芽的植物。否则不能形成花芽，只停留在营养生长阶段。

②实例：冬小麦、大麦、油菜、萝卜等，纬度超过60°的地区，多数植物是长日照植物。

(2)短日照植物

①概念：只有当日照长度短于其临界日长(少于12小时，但不少于8小时)时才能开花的植物。在一定范围内，暗期越长，开花越早，如果在长日照下则只进行营养生长而不能开花。

②实例：许多热带、亚热带和温带春秋季开花的植物大多属于短日照植物，如大豆、玉米、水稻、紫花地丁等。

1．“待到秋末九月八，我花开后百花杀”，菊花为短日照植物，在“五一”节时需要摆放菊花花坛，欲使菊花在“五一”节时开花，应对其进行怎样的处理？

提示：提前对其进行短日照处理。

2．植物的向光性是否体现了生长素低浓度促进生长，高浓度抑制生长的作用？

提示：不能，植物的向光性只能体现生长素促进生长的作用。

1．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。下列叙述错误的是(　　)

A．植物对日照时间的感知跟光敏色素有关，与植物激素无关

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．可以通过人为控制光照时间达到使花卉分批上市的目的

A　[植物对日照时间的感知跟光敏色素有关，通过调节植物激素的含量影响植物开花，A错误；题目中的现象说明信息的来源(光)可以是外界环境，B正确；日照时间的长短变化是环境因素，外界环境因素的变化通过影响植物的代谢进而影响植物的开花，而植物代谢的调节本质上是由基因来调控的，C正确；根据题意可以通过人为控制光照时间控制植物开花的时间，达到使花卉分批上市的目的，D正确。]

　长日照植物与短日照植物的区分

(1)长日照植物和短日照植物的开花与日照时长并无直接关系，是连续的黑暗时长会直接决定其开花与否。即促进长日照植物的开花并不需要延长日照时长，只要在连续的黑暗中给予短时间的光照，将连续的黑暗时长缩短至某一临界值以下就可以了；而对于短日照植物只需延长连续黑暗的时间即可。所以长日照植物也叫短夜植物，短日照植物也叫长夜植物。

(2)长日照植物和短日照植物的临界日长(夜长)根据物种不同而不同，并不是严格的12小时。

2．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(　　)

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

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。]

　参与调节植物生命活动的其他环境因素

1．重力等对生长素分布的影响

(1)作用机理：当重力方向改变时，引起植物体内一系列信号分子的改变，如通过影响生长素的运输导致生长素沿着重力刺激的方向不对称分布，从而造成重力对植物生长的影响。

(2)作用部位：胚芽鞘尖端等生长素的产生部位。

甲　　　　　　　　乙

①受重力影响：在幼根中重力作用使生长素从A运到B。幼茎中生长素从C运到D(如图甲)。

②在圆周运动中，生长素有离心运动的趋势，从F运到E(如图乙)。

(3)作用效果

①根：对生长素较为敏感，B处浓度过高对根的生长起抑制作用，而A处的浓度有利于根的生长。

②茎：对生长素相对不敏感，D处生长素浓度大于C处生长素浓度，所以D侧生长快于C侧。

2．春化作用

(1)概念：经历低温诱导促使植物开花的作用。

(2)效果

①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，代谢也发生顺序性变化。春化效应还可经细胞分裂传递给子细胞。

②赤霉素处理能使许多冬性一年生植物和二年生植物(如天仙子、胡萝卜、甘蓝、萝卜等)不经低温而抽薹成花。菊、延龄草等多种植物经春化后赤霉素含量增加。而且用赤霉素生物合成的抑制剂处理植株，会抑制春化作用。

1．自然状态下，根向地生长，茎背地生长，这对于植物的生长发育有何意义？

提示：根向地生长有利于根吸收水分和无机盐，茎的背地生长有利于植物伸展枝叶，接受光照。

2．春化作用过程中，感受低温的部位分生组织中的RNA和蛋白质含量增加，说明低温通过什么机制影响植物的开花？

提示：通过影响基因的转录和翻译影响基因的表达。

3．下列有关叙述正确的是(　　)

A．茎与根对重力刺激的反应不同是因为它们对生长素的敏感程度不同

B．生长素的横向运输与单侧光照无关

C．影响从巴基斯坦北移到我国湖北的黄麻开花延迟的主要因素是温度

D．植物根向地性的感受部位是根尖分生区

A　[茎具有背地生长的特点，根具有向地生长的特性，是由于茎与根对生长素的敏感程度不同导致的，A项正确；单侧光影响生长素的横向运输，背光侧生长素含量高，生长快，B项错误；黄麻为短日植物，从巴基斯坦北移到我国的湖北，日照时间相对较短，又因为植物必须积累一定的日照才能开花，所以开花推迟，生长期延长，可以增加植株高度，提高纤维产量，因此主要影响因素是光照，C项错误；植物根向地性的感受部位是根冠，D项错误。]

4．(不定项)(2021·浙江91高中联盟高三上期中)将琼脂加水溶解后再加溴甲酚紫指示剂，调pH到5后倒入2个培养皿中冷却凝固。取培养了3天的玉米幼苗，将根部全部用手指轻轻压入琼脂，然后把培养皿直立放置使根成垂直或水平位置，分别如图甲、乙(注意：生长素能调节植物细胞内的H＋外流改变植物生长模式，外流增加越多促进生长的效果越强；溴甲酚紫指示剂在pH 3.5～4.8时为紫色，在pH 4.8～5.5时为橙色，在pH 5.5～6.4时为红色)。下列叙述正确的是   (　　)

甲　　　　　　乙

A．图甲中的根部生长不弯曲，图乙中的根部生长发生明显的向地弯曲

B．初始阶段，图甲中根部周围琼脂都为橙色，时间足够长以后，根部周围琼脂都呈紫色

C．时间足够长以后，图乙中根近地侧琼脂颜色及颜色的深浅与背地侧有明显差异

D．H＋外流很可能增加了某种酶的活性使细胞壁可塑性变强

ACD　[图甲中，玉米幼苗的根部生长不弯曲，但在图乙中，由于重力作用使生长素发生横向运输，根的近地侧生长素浓度大于背地侧，高浓度的生长素抑制根的生长，故图乙中的根部生长发生明显的向地弯曲，A正确；生长素能调节植物细胞内的H＋外流，改变植物生长模式，H＋外流增加越多，周围琼脂的pH越低，促进生长的效果越强，根据根的生长部位为伸长区可知，初始阶段，图乙中根部周围琼脂都为橙色，时间足够长以后，根部伸长区周围琼脂呈紫色，而根的成熟区周围琼脂颜色不一定是紫色，B错误；由于在重力作用下，近地侧的生长素分布量较背地侧多，生长素能调节植物细胞内的H＋外流，改变植物生长模式，且生长越快的部位H＋外流越多，所以时间足够长以后，图乙中根近地侧琼脂颜色及颜色的深浅与背地侧有明显差异，C正确；根据“生长素能调节植物细胞内的H＋外流改变植物生长模式，外流增加越多，促进生长效果越强”可推测，H＋外流很可能增加了某种酶的活性，从而使细胞壁可塑性变强，D正确。]

通过对对照实验设计过程中的变量分析及实验思路的设计，结果及结论的预期等培养思维的严谨性及提升科学探究的能力。

(1)本实验的自变量是什么？应如何操纵？(科学探究)

提示：自变量：是否有根冠；可采用切除根冠的方法进行处理。

(2)本实验的因变量是什么？应如何观测？(科学探究)

提示：因变量：根是否出现向地生长。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。

(3)请找出本实验的至少两个无关变量，并简要说明应如何处理？(科学探究)

提示：①玉米粒的大小、种类和萌发情况，应选择大小、萌发程度大致相同的同种玉米粒；②培养温度，选择相同的适宜温度进行培养；③棉花的量及湿润程度，各组培养皿内棉花的用量和湿润程度应相同且适宜；④光照，最好放置在黑暗的环境中进行培养等。

(4)本实验应设置什么类型的对照？分几个组？(科学探究)

提示：空白对照；两个组。

(5)请简要写出实验思路(对根冠的具体切除长度不做要求)，并且预期实验结果，得出相应结论。(科学探究)

提示：实验思路：①取10颗大小、萌发程度大致相同的刚刚萌发的同种玉米粒，随机分成数量相同的甲、乙两组；②去除甲组玉米粒的根冠，乙组玉米粒不作处理，分别放在两个含有湿棉花的培养皿中；③置于温度适宜的暗室中培养一段时间。④观测两组玉米粒根尖是否出现向地弯曲生长。预期结果、得出结论：如果甲组玉米根尖不出现向地弯曲生长，乙组均出现向地弯曲生长，即可证明植物根向地性的感受部位在根冠。

[课堂小结]

1．某一品种的菊花通常在秋季开花，若使其在夏季开花，应当采取的关键措施是适当时期(　　)

A．补充光照使光照时间延长

B．适当提高温度

C．遮光使光照时间缩短

D．适当多浇水

C　[菊花是短日照植物，若使其在夏季开花，则应缩短光照。]

2．将一株植物水平放置，茎弯曲向上生长，根弯曲向下生长，这与重力影响生长素的分布和根、茎对生长素的敏感性不同有关。下列分析正确的是(　　)

A．c处生长素浓度较d处高，根弯曲向下生长

B．b处生长素浓度较a处低，茎弯曲向上生长

C．a处生长素浓度较b处高，茎对生长素敏感性高，a处生长受抑制，c处生长快，根弯曲向上生长

D．d处生长素浓度较c处高，d处生长受抑制，c处生长快，根弯曲向下生长

D　[由图分析知，在重力作用下，d处和b处的生长素浓度分别比c处和a处高，由于根对生长素敏感，d处生长受到抑制，c处生长快，根弯曲向下生长。]

3．把一株植物幼苗水平放置在飞行于太空的宇宙飞船中，培养若干天后，根、茎的生长方向是(　　)

A．根向下生长，茎向上生长

B．根向下生长，茎向下生长

C．根向水平方向生长，茎向上生长

D．根和茎都向水平方向生长

D　[在太空中飞行的宇宙飞船处于失重状态，重力对生长素的分布没有影响，水平放置的幼苗，根和茎的上、下侧生长素分布均匀，两侧细胞的生长速度相同，故都向水平方向生长。]

4．下列有关植物生命活动调节的叙述正确的是(　　)

A．生长素和乙烯对果实的发育和成熟均有促进作用

B．光照、温度等环境因素的变化，可影响植物体内基因组的表达

C．单侧光照射后，胚芽鞘向光一侧的生长素含量多于背光一侧，从而造成向光弯曲

D．植物激素可以通过直接参与细胞代谢进行植物生命活动的调节

B　[生长素促进果实的发育，乙烯促进果实的成熟，A错误；光照、温度等环境因素的变化，可影响植物体内基因组的表达，B正确；单侧光照射后，胚芽鞘向光一侧的生长素含量少于背光一侧，从而造成向光弯曲，C错误；植物激素具有调节作用，不能直接参与细胞代谢，D错误。]

5．科学家研究发现，紫外光可抑制植物生长，原因是紫外光增加了植物体内吲哚乙酸氧化酶(有铁才能合成该酶)的活性，而吲哚乙酸在吲哚乙酸氧化酶的作用下可被分解为3­亚甲基氧化吲哚(不能促进细胞伸长)。为验证紫外光抑制植物生长与吲哚乙酸的氧化有关，请补充下列实验设计并完成相关的实验分析。(不考虑缺铁对植物生长其他方面的影响)

(一)材料用具：

燕麦幼苗、完全培养液、缺铁的完全培养液(溶液浓度均适宜)、蒸馏水、琼脂块、刀片等。

(二)实验步骤：

(1)准备4个配有培养支架的烧杯，分别标记为A、B、C、D；

(2)向A和B烧杯中加入等量适量的完全培养液，C和D烧杯中加入等量适量的缺铁培养液；

(3)选取________，平均分成四组，分别放在A～D4组烧杯中培养一段时间；

(4)给予A、C适宜的可见光光照，给予B、D____________光照，继续培养一段时间；

(5)切下幼苗的胚芽鞘尖端，分别用琼脂块收集生长素，并对应标记为a、c、b、d；

(6)培养一段时间后，观察胚芽鞘的弯曲情况。

①　　 ②　　③　 　④　　⑤　　⑥

(三)实验分析：

(1)请预测上图中第①、⑥组胚芽鞘的生长情况：

①________，⑥________。

(2)图中________组胚芽鞘的生长情况可证明紫外光抑制植物的生长与吲哚乙酸的氧化有关。

[解析]　(二)(3)实验中要符合等量、对照原则，故应选生长状况相同的燕麦幼苗若干株。

(4)实验设计应保证单一变量原则，和A、C相比较，B、D的不同在于多了紫外光照射。

(三)(1)由于A正常，B组另加紫外光照射，吲哚乙酸氧化酶活性最高，生长素含量低，a生长素含量多，生长快，所以①中向b侧弯曲生长。由于C和D烧杯中加入等量适量的缺铁培养液，不能合成吲哚乙酸氧化酶，生长素含量高，且c、d含生长素相同，故⑥直立生长。

[答案]　(二)(3)生长状况相同的燕麦幼苗若干株

(4)同等强度的可见光和一定强度的紫外光

(三)(1)向b侧(右)弯曲生长　直立生长

(2)①、⑤