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课时练习

5.4  环境因素参与调节植物的生命活动

教学目标

教学重点 

光对植物生长发育的调节作用及植物生长发育调控的复杂性和整体性。

教学难点 

植物生长发育调控的复杂性和整体性。

知识点01  光对植物生长发育的调节

1. 光的调控作用

例1：光在种子萌发中的作用

种子萌发所需的环境条件主要有足够的水分、充足的氧气和适当的温度，有些种子还需要光照条件。有些种子（如：莴苣）萌发时，发现与光的波长有关。

例2：光在植物营养生长期的作用

光既促进叶绿素的合成，又是高等植物形态建成必不可少的条件。

例3：光在植物开花中的作用

植物开花是光照时长在起作用，与植物激素的分泌有关。如：IAA能促进长日植物开花，抑制短日植物成花。CTK对长日和短日植物成花有促进作用。

可见，植物向光生长、种子萌发、植物生长、开花、衰老等都会受到光的调控。所以，光不仅是植物制造有机物的能源，光还作为一种信号，影响、调控植物生长、发育全过程，即：形态建成。

2. 光的调控机制

（1）植物的光感受系统   即：能接受光信号的分子

  光敏色素：吸收红光和远红光并发生可逆转换的光受体

  蓝光受体：感受蓝光和近紫外光区域的光

  UV-B受体：

（2）光敏色素  本质：是一类蛋白质（色素-蛋白复合体）

               分布：植物的各个部位，在分生组织细胞内较丰富

              吸收光能：主要吸收红光和远红光

（3）光敏色素影响种子萌发

植物体内能吸收红光和远红光并进行可逆转换的光受体是光敏色素，有两种不同形式：一种叫红光吸收型Pr，一种叫远红光吸收型Pfr。Pr吸收红光后，转变成Pfr；而Pfr吸收远红光后，又逆转为Pr。Pr是没有活性的形式，Pfr才是有活性的形式。需光种子在Pfr型光敏色素作用下，才能开始萌发。

（4）光敏色素在开花中的作用

光敏色素诱导植物成花不决定于Pr和Pfr的绝对含量，而取决于的比值。

关于光敏色素的作用机理，有两种假说。其中一种认为光敏色素对植物生长发育的调节是通过影响基因表达实现的。

作用机理：

知识点02  温度对植物生长发育的调节

1. 参与植物的生长发育

温度影响种子萌发

温度影响植物生长（年轮）

温度影响开花结果（冬小麦的春化作用）

温度影响叶的衰老和脱落

2.温度决定植物分布的地域性

知识点03  重力对植物生长发育的调节

1. 调控实例：根的向地性、茎的背地性

2. 调控机制：淀粉-平衡石假说

知识点04  植物生长发育的整体调控

    种子萌发作为植物营养生长的开始，要求一定的水分、适宜的温度和充足的氧气，有些种子还需要光照或黑暗。植物生长又是体内各个生理代谢活动协调进行的综合表现，主要受光照、温度、水分、矿质等的影响。

    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。

    激素作为信息分子，会影响细胞的基因表达，从而起调节作用。

    激素的产生和分布是基因表达的结果，也受环境因素影响。

    植物激素会影响细胞的表达，而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。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。

考法01   光的调控机制

一、光对植物生长发育的两种作用

1.间接作用：植物的生长发育受多种环境因子所影响,包括光、温度、水分等。其中，光作为一种能量，通过光合作用制造有机物为植物生长发育提供物质和能量，光照不足会影响光合作用的光反应和暗反应两个阶段,最终影响到植物光合产物的形成。

2.直接作用:光除了作为一种能源控制着光合作用,还作为一种信号影响着植物生长发育,从种子发芽和脱黄化作用到对营养形态学、昼夜节律的开始、基因 表达、向地性和向光性,对植物的生长发育有广泛的调节作用,植物受光诱导和调节的发育称为植物的光形态建成。

二、光的调控机制

    植物中凡能感受光质，光强，光照时间，光照方向和光周期等光现象，并能引发相应细胞反应的一类生物大分子物质都可以称为光受体。植物的光受体可以分为4类，即：光敏色素（phytochromes），主要感受红光和远红光；隐花色素（cryptochromes）和NPH1（nonphoto-tropicchypocotyl 1 ）受体，感受UV-A和蓝光；UVR8蛋白，感受UV-B。

    光敏色素分布在植物各个器官中，黄化幼苗的光敏色素含量比绿色幼苗多20~100倍。禾本科植物的胚芽鞘尖端、黄化豌豆幼苗的弯钩、各种植物的分生组织和根尖等部分的光敏色素含量较多。一般来说，蛋白质丰富的分生组织中含有较多的光敏色素。在细胞中，胞质溶胶和细胞核中都有光敏色素。

光敏色素分子由蛋白质和生色团两部分组成。光敏色素有两种不同形式：Pr与Pfr。

Pr型为蓝色,吸收峰在波长660纳米的红光部分;Pfr型为黄绿色，吸收高峰在波长730纳米的远红光部分。两种形式的光敏色素吸收相应波长的光后分别转化成另一种形式。

1.光敏色素影响种子萌发

    植物体内能吸收红光和远红光并进行可逆转换的光受体是光敏色素，有两种不同形式：一种叫红光吸收型Pr，一种叫远红光吸收型Pfr。Pr吸收红光后，转变成Pfr；而Pfr吸收远红光后，又逆转为Pr。Pr是没有活性的形式，Pfr才是有活性的形式。需光种子在Pfr型光敏色素作用下，才能开始萌发。

2.光敏色素在开花中的作用

光敏色素诱导植物成花不决定于Pr和Pfr的绝对含量，而取决于的比值。

关于光敏色素的作用机理，有两种假说。其中一种认为光敏色素对植物生长发育的调节是通过影响基因表达实现的。

作用机理：

   当光期结束时，光敏色素主要呈Pfr型，这时Pfr/Pr的值高；进入暗期后，Pfr逐渐转变为Pr，或是Pfr降解而减少，使Pfr/Pr的值降低。在连续的黑暗中，Pfr/Pr的值降低到一定的阈值水平，就可触发短日照植物成花刺激物质形成的代谢过程而促进成花。长日照植物成花刺激物质的形成要求高的Pfr/Pr的值，因此长日照植物需要短的暗期。如果用短暂的红光照射黑暗中的植物，那么Pfr/Pr的值会升高，这种状态会促进长日照植物成花；如果再用远红光照射，那么Pfr/Pr的值则会降低，这种状态会促进短日照植物成花。总的来说，长日照植物对Pfr/Pr值的要求不如短日照植物严格。

【典例1】光敏色素是一种植物具有的能接受光信号的分子。据图分析，下列叙述错误的是（　　）

A. 光敏色素只分布在叶肉细胞的叶绿体的膜结构上
B. 胚芽鞘的感光部位尖端的细胞可能含有光敏色素
C. 体现了生命活动的正常进行离不开信息的作用
D. 光调控植物生长发育的实质是影响基因的选择性表达

考法02  淀粉-平衡石假说和根向地性解释

一、淀粉-平衡石假说

   认为感受重力的细胞器是平衡石。平衡石是指淀粉体，一个细胞内有4-12个淀粉体，每个淀粉体外有一层膜，内含1-8个淀粉粒。植物体内平衡石的分布因器官而异。根的平衡石在根冠中，茎部的平衡石在维管束周围的1-2层细胞中。当植物器官位置改变时，这些淀粉体就会移到与重力方向垂直的一边，从而对原生质层产生一种压力，这种压力作为刺激而被细胞感受。植物感受重力后，引起植物体内一系列信号分子的改变，如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，使生长着的细胞引起不均匀生长，从而造成重力对植物生长的影响。

二、根向地性解释

    又有人提出向重力性是根冠产生的生长抑制物质ABA造成的。根横放时，ABA向下移动，然后向根的生长部位运输，该处下侧的ABA含量高，抑制该侧细胞分裂和伸长，根向下弯曲生长（A、B处理）；C、D处理则向上弯曲生长。

    又有人提出Ca2+ 在向重力反应中也有作用。进一步发现玉米根内有钙调素，也引起重力反应。

    结合平衡石、生长素、Ca2+ 、钙调素对向重性的影响，提出：根横放时，平衡石下沉在细胞下侧的内质网上，产生压力，诱发内质网释放Ca2+ 到细胞质内，Ca2+和钙调素结合，激活细胞下侧的钙泵和生长素泵，于是细胞下侧积累过多钙和生长素。下侧生长素过多，抑制伸长区伸长，下侧生长慢；上侧生长素较少，生长快，所以根向重力方向弯曲生长。

【典例1】“淀粉体-平衡石假说”认为植物依靠内含淀粉体的细胞感受重力的单一方向的刺激，使横放的茎、根等部位发生生长素的横向运输。植物光合作用产生的葡萄糖经由聚合转变成淀粉，再以淀粉粒的形式储存于淀粉体中。下列叙述错误的是（  ）

A. 淀粉体可感受重力的方向
B. 淀粉体最终将重力信号转变成运输生长素的信号
C. 植物根部地向地生长体现了生长素作用的两重性
D. 根的远地侧生长素分布较多，生长较快，而使根向地生长

题组A  基础过关练

单项选择题

1.下列关于植物生长发育的整体调控的叙述，错误的是( )

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. 激素的产生和分布是基因表达调控的结果
C. 激素的产生和分布不受环境因素影响
D. 光照、温度等环境因子变化对植物激素的合成和分解具有调节作用

2.植物生命活动的调节有基因调控、激素调节和环境因素三个方面，它们是相互作用、协调配合的。下列有关叙述错误的是（　　）

A. 植物的生长发育根本上是基因组在一定时间和空间上程序性表达的结果
B. 微量的植物激素就能对植物的生长发育和繁殖有显著作用
C. 植物的生长发育往往取决于各种植物激素在体内的绝对含量
D. 环境因素对植物生命活动的调节有些是通过激素来实现的

3.影响植物生长发育的因素中，光的影响尤为显著。光不但为植物光合作用提供能量来源，而且还是植物整个生命周期中许多生长发育过程的调节信号，如种子萌发、植物生长、开花诱导和器官衰老等。这种依赖光调节控制植物生长、分化和发育的过程，称为植物光形态的建成。下列分析有误的是（）

A. 光在植物形态建成中属于物理信息，物理信息可以来源于无机环境和生物
B. 植物光形态建成说明信息传递可以调节种间关系，使植物在竞争中处于优势
C. 光形态的建成建立在一系列信息传递的基础上，最终都是对基因组表达的调控
D. 研究植物光形态的建成，可以提高农产品的产量，也可以为花卉栽培提供理论依据

4.高等植物的生长发有受到环境因素调节，光、温度、重力对植物生长发育的调节作用尤为重要，请判断下列说法正确的有几项（　　）
①对植物来说，光只是提供能量，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
②光敏色素是一类色素--蛋白复合体。主要吸收红光和远红光
③接受到光照射时，光敏色素的结构会发生变化
④植物分布的地域性很大程度上就是由光照决定的
⑤高等植物正常生长发育需要各个器官、组织、细胞之间的协调和配合
⑥年轮、春化作用均能说明温度参与植物生长发育的调节
⑦植物对重力的感受是通过平衡石细胞来实现的
⑧生长素和乙烯对果实的发育和成熟均有促进作用
⑨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

A. 三项 B. 四项 C. 五项 D. 六项

5.植物生命活动除了直接受化学物质的调节之外，也受环境因素的影响。下列有关叙述错误的是（　　）

A. 原产于热带地区的玉米适应短日照条件，在从热带地区引种至温带地区时，可能出现不适应的现象
B. 冬小麦的正常开花离不开春化作用，实验室夏季种植冬小麦时，可合理使用冷库，调节冬小麦的开花
C. 环境因素和植物激素对植物的影响是相互独立的，但二者都具有重要的影响
D. 由于光敏色素的存在，光照可调节植物体内有关基因的表达，进而调节植物的生命活动

6.下列与年轮的形成有关的描述,错误的是（    ）

A. 多年生木本植物年轮的形成主要是受气温变化的影响
B. 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
C. 年轮的一环通常是植物一年增长的部分
D. 多年生木本植物都有年轮

题组B  能力提升练

一、单项选择题

1.下列有关植物激素调节的说法错误的是（）

A. 植物激素对植物生长、发育和繁殖的调节都具有两重性
B. 光照、温度等环境变化可引起植物体内各种激素合成的改变
C. 植物激素的合成受基因调控，激素又能对基因组的表达进行调节
D. 各种激素相互作用共同调节植物的生命活动

2.植物开花与光周期有关，在24h昼夜周期中，日照长度长于一定时数才能开花的植物称为长日照植物，日照长度短于一定时数才能开花的植物称为短日照植物。某研究性学习小组将菊花顶部花芽附近的叶片去掉，并对顶部花芽和下部的叶片作以下4组不同处理，结果如下图所示。下列对此实验的分析，错误的是（）

A. 菊花的开花从根本上看是基因组在一定时间和空间程序性表达的结果
B. 由上述实验结果可以得出结论：菊花感受光刺激的部位是顶部花芽
C. 为了增添节日气氛，国庆前可以通过缩短光照时间使菊花提早开放
D. 该实验探究的问题之一是菊花感受光周期刺激的部位是顶部花芽还是下部叶片

3.植物的生长发育是由基因表达调控、激素调节和环境因素调节共同完成的。下列有关说法正确的是（    ）

A. 植物体内的光敏色素主要吸收红光和蓝紫光
B. 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
C. 植物根中具有感受重力的物质和细胞,可以将重力信号直接转换成生长素
D. 冬小麦需经历低温诱导才能开花结实,说明开花结实与植物体内的激素无关

4.高等植物的生长发育受到环境因素调节,光、温度、重力对植物生长发育的调节作用尤为重要,请判断下列说法正确的有几项（    ）

对植物来说,光只是提供能量

光敏色素是一类色素—蛋白复合体,主要吸收红光和远红光

接受光照射时,光敏色素的结构会发生变化

植物分布的地域性很大程度上就是由光照决定的

高等植物正常生长发育需要各个器官、组织、细胞之间的协调和配合

年轮、春化作用均能说明温度参与植物生长发育的调节

植物对重力的感受是通过平衡石细胞来实现的

A. 三项 B. 四项 C. 五项 D. 六项

5.如图为植物开花所需的光照条件示意图,下列表述错误的是（    ）

A. 植物可以感知光信号并据此调整生长发育
B. 长夜闪光对于植物能否开花并无影响
C. 短日照植物一般在日照时间短于一定数值时开花
D. 通过人为控制光照时间可以有效调控植物的花期

二、填空题

6.植物的生长不仅受到激素调控，还受到光的调控，光作为能源驱动植物进行光合作用，近年来研究发现，光还作为信号在植物体中被光敏色素（一种蛋白）捕捉，进而调控植物的生长发育。科研人员对光和脱落酸（ABA）如何影响某植物生长进行了研究，得到了图1和图2的结果。请回答：

（1）科研人员测定了野生型植株和光受体缺失突变体中ABA的含量，结果如图1所示。据实验结果推测，光可能            。

（2）科研人员测定了不同处理下的种子萌发率，结果如图2所示。

①实验的自变量除了ABA浓度，还有             。

②实验结果表明，            条件下，种子萌发对ABA处理更为敏感。

③据实验结果可以推测，光信号减弱了ABA对种子萌发的抑制效果，其依据是           。

（3）据研究表明，光敏色素蛋白有两种形式：无活性Pr形式和有活性的Pfr形式。黑暗条件下以Pr形式存在，光照会促进Pr转化为Pfr。结合实验结果，推测光照条件下突变体相对于野生型对ABA的作用更敏感的机理为：            。

（ 4）科研人员通过研究还发现了ABA 引起气孔关闭的机制，当胞内K+浓度减少时会导致气孔关闭。具体的调节过程如下图示（保卫细胞）。当 ABA 与质膜和内质网膜上受体结合后，促使保卫细胞细胞质基质中的钙离子浓度增加，通过        两条途径的协同作用使气孔维持关闭状态。

7.“玉兰花欲开，春寒料峭来”，植物的开花不仅受内在基因和激素的调控，同时还受到外界环境因素的影响。请回答下列与植物生命活动调节有关的问题：

（1）植物激素是由植物体内产生，能从产生部位运送到作用部位，对植物的生长发育有显著影响的________。

（2）每年初春，天气仍然寒冷，玉兰的叶尚未完全长出时，花却已经开放。玉兰幼嫩的芽、叶可以合成________，其促进生长的作用机理是促进细胞________。

（3）下图为光周期（日照长短）诱导植物开花激素的产生以及影响开花的实验。图中植物去掉了顶端的全部叶子，A、D植株分别接受长日照、短日照；B、C植株方框内为受短日照处理的部位。

①由实验基本可知，感受光周期的部位是________。

②人为控制每日光照和黑暗的长短，可以使植物的开花期提前或延迟。菊花是一种短日照植物（日照长度短于其临界日长时才能开花的植物），若想延迟菊花的开花时间，你的建议是：________。

题组C  培优拔尖练

一、单项选择题

1.“淀粉-平衡石假说”认为植物依靠富含“淀粉体”的平衡细胞感受重力的刺激。当重力方向发生改变时，平衡石细胞中的“淀粉体”就会沿着重力方向沉降，引起植物体内一系列信号分子的改变，如通过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。下列有关叙述错误的是（　　）

A. “淀粉体”可感受重力的方向
B. “淀粉体”能将重力信号转换成运输生长素的信号
C. 茎的近地侧生长素分布较多，细胞生长快，使茎背地生长
D. 根的近地侧生长素分布较多，细胞生长快，使根向地生长

2.下列与植物生长发育相关的叙述,不正确的是（    ）

A. 生长素在植物体内起作用时并不直接参与细胞代谢
B. 幼苗中激素的合成既受基因的调控又受光照等环境因素的影响
C. 植物生长发育从根本上讲是多种激素协调配合共同作用的结果
D. 光敏色素受到光照射时会发生结构改变进而影响基因的表达

3.为研究赤霉素和光敏色素(接受光信号的蛋白质)在水稻幼苗发育中的作用,科研人员将野生型、光敏色素A突变体、光敏色素B突变体的水稻种子播种在含有不同浓度赤霉素合成抑制剂PAC的培养基中,在光照条件下培养8天后测量地上部分和主根的长度,得到如图所示结果。下列对实验结果的分析,错误的是（    ）

                         图1

                       图2

A. 三种水稻地上部分的生长均随PAC浓度增加而受到抑制
B. 浓度为 mol和 mol的PAC对主根生长均为抑制作用
C. 适当降低赤霉素含量对三种水稻主根生长均有促进作用
D. 光敏色素B突变体接受光信号异常使赤霉素对主根伸长的抑制减弱

二、填空题

4.植物开花受开花激素的影响。如下图所示光周期（日照长短）诱导植物开花激素的产生以及影响开花的实验，图中植物去掉了顶端的全部叶子，A、D植株分别接受长日照、短日照；B、C植株方框内为受短日照处理的部分。

（1）对照实验，A、D可说明该植物属于________（填“长日照”或“短日照”）植物。

（2）根据B、C实验，填写实验报告中的有关内容：测试项目、结果分析、感受光周期的部位（叶、顶端）、接受诱导产生开花激素的部分、（叶、顶端）开花激素作用的部分（叶、顶端）

（3）依据以上所有实验得出的结论是____________________________________________。

（4）借鉴“生长素的发现”的科学实验方法。设计一简单的模拟实验，证明B株产生的开花激素可使A株条件下的同种植物开花。

第一步：切取一小段B株带叶枝条放置在琼脂块上一段时间。

第二步：_____________________________________________________________。

预期结果：___________________________________________________________。

对照实验：___________________________________________________________。

预期结果：___________________________________________________________。