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

这是一份高中生物人教版 (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，共10页。学案主要包含了光对植物生长发育的调节，植物生长发育的整体调控等内容，欢迎下载使用。

1．5.4 概述环境因素参与植物生命活动的调节，如光、重力和温度等
核心素养
1．结合实例，分析光照、温度等环境因素如何影响植物生长发育(生命观念)
2．结合生长素作用的低浓度促进、高浓度抑制的特点，分析根的向地性和茎的背地性形成原因(科学思维)
一、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__。
二、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。
三、植物生长发育的整体调控
1．植物生长发育的调控，是由_基因表达调控__、_激素__调节和环境因素调节共同完成的。
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。
┃┃学霸记忆__■
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与调节植物的生长发育。
3．植物生长发育的调控，是由基因表达调控、激素调节和环境因素调节共同完成的。
┃┃活学巧练__■
判断对错，正确打“√”，错误打“×”。
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丧失。( × )
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。( × )
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。( √ )
思考：
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改变，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。
知识点 1 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)科学家研究发现，植物具有能接受光信号的分子，光敏色素是其中的一种。植物可以感知光信号，并据此调整生长发育。
(3)光敏色素的作用机理：光敏色素是一类蛋白质(色素—蛋白复合体)，分布在植物的各个部位，其中在分生组织的细胞内比较丰富。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。
(4)光调控植物生长发育的反应过程
特别提醒：
1．光照对种子的萌发并非都具有促进作用，也可起到抑制作用。
2．并不是所有植物的开花都与昼夜长短有关，例如，黄瓜、棉花、向日葵的开花与日照时间长短无关。
┃┃典例剖析__■
典例1 光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。下列有关说法错误的是( A )
A．多数植物的种子在有光的条件下才能萌发
B．光敏色素是一类蛋白质，在受到光照刺激时，结构会发生改变
C．有些植物的开花与昼夜长短有关系
D．植物的向光性生长是植物对光刺激的反应
解析：少数植物的种子需要在有光的条件下才能萌发，A项错误；光敏色素是一种蛋白质(色素—蛋白复合体)，在受到光照射时，光敏色素被激活，其结构会发生变化，B项正确；有些植物的开花与昼夜长短有关，如菠菜只有在白天长度超过13 h时才开花，C项正确；植物的向光性生长，是由单侧光的刺激引起生长素分布不均匀导致的，D项正确。
变式训练
1．自然界中，植物开花需要光信号刺激，植物对日照时间的感知与光敏色素有关，下列说法错误的是( B )
A．光敏色素是一种接受光信号的分子，化学本质是色素—蛋白复合体
B．光敏色素只分布在植物分生组织的细胞内
C．日照时间对植物开花的调节本质上是影响特定基因的表达
D．可以通过人为地控制光照时间达到使花卉分批上市的目的
解析：光敏色素是一种接受光信号的分子，化学本质是色素—蛋白复合体，分布在植物的各个部位，其中在分生组织的细胞内比较丰富，B错误。
知识点 2 参与调节植物生命活动的其他环境因素
1．温度
(1)随着季节轮回、气温周期性变化，植物发芽、开花、落叶、休眠，生命活动的节奏追随着季节的步伐。
①树木的年轮表现出季节周期性变化。
②春化作用：有些植物在生长期需要经历一段时期的低温诱导才能促使植物开花的作用。这样可以避免出现在冬季来临之前开花从而无法正常结果的情况。如冬小麦、冬大麦、蕙兰等。
(2)随着昼夜交替，气温午高夜低，植物的代谢也会有旺盛和缓慢之分。
(3)植物的所有生理活动都是在一定的温度范围内进行，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。此外，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)植物根向地、茎背地生长，就是在重力的调节下形成的。
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。
(3)重力对植物生长调节的机制——“淀粉—平衡石假说”。
淀粉—平衡石假说认为，植物对重力的感受是通过体内一类富含“淀粉体”的细胞，即平衡石细胞来实现的。
知识贴士
图解根的向地性、茎的背地性
┃┃典例剖析__■
典例2 某些植物必须经过春化作用(用低温诱导促使植物开花)才能开花结实。如表是对冬小麦进行春化处理的研究结果。以下对研究结果的分析错误的是( C )
A.温度是决定冬小麦抽穗开花的环境因素
B．高温可以解除小麦的春化作用
C．春化作用产生的特殊蛋白质是低温诱导基因突变的结果
D．北方春季补种的冬小麦只会长苗不会开花结果
解析：第1组未经低温处理，冬小麦不能抽穗开花，而第2组经低温处理，冬小麦抽穗开花，说明温度是决定冬小麦抽穗开花的环境因素，A正确；第2组经低温处理，冬小麦抽穗开花，而第3组先低温处理后高温处理，冬小麦不能抽穗开花，说明高温可以解除冬小麦的春化作用，B正确；细胞中原来就存在这些特殊蛋白质基因，只是这些基因在低温条件下进行了选择性表达，C错误；北方春季补种的冬小麦只会长苗不会开花结果，因为没有经过低温处理，D正确。
变式训练
2．下列说法错误的是( B )
A．植物对重力的感受是通过平衡石细胞来实现的
B．根尖中的平衡石细胞位于根尖的分生区
C．平衡石细胞中的“淀粉体”会沿着重力方向沉降
D．平衡石细胞可将重力信号转化为运输生长素的信号
解析：“淀粉—平衡石假说”认为植物对重力的感受是通过体内一类富含“淀粉体”的细胞，即平衡石细胞来实现的，平衡石细胞中的“淀粉体”会沿着重力方向沉降，可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，A、C、D项正确；根尖的平衡石细胞位于根冠，B项错误。
知识点 3 植物生长发育的整体调控
┃┃典例剖析__■
典例3 下列关于环境因素参与调节植物生命活动的叙述，不正确的是( C )
A．植株的生长、开花、衰老都会受到光的调控
B．随着昼夜交替，气温午高夜低，植物的代谢也会有旺盛和缓慢之分
C．已有研究表明，根尖中感受重力的细胞是位于分生区的细胞
D．激素影响基因的表达，同时激素的产生和分布也受基因表达的调控
解析：光作为一种信号，影响、调控植物生长发育的全过程，A项正确；温度可通过影响酶的活性影响植物的代谢，B项正确；已有研究表明，根尖中感受重力的细胞是位于根冠的细胞，C项错误；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，同时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，D项正确。
变式训练
3．植物的生长发育需要各个器官、组织、细胞之间的协调和配合，下列相关叙述不正确的是( C )
A．植物的生长、发育、繁殖、休眠都受到基因表达的调控
B．激素作为信息分子，可以影响植物细胞的基因表达，从而起到调节作用
C．植物激素的产生和分布是基因表达调控的结果，不受环境因素的影响
D．光、温度、重力等环境因素也可以调控植物的生命
解析：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。激素作为信息分子，可以影响植物细胞的基因表达，从而起到调节作用，同时植物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，C错误。
光周期诱导
1．光周期诱导
植物在达到一定生理年龄时，经过足够天数的适宜光周期处理，以后即使处于不适宜的光周期下，仍然能开花的现象，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，来控制花期，以解决父母本花期不遇的问题。
(2)控制花期。花卉栽培中，对花期不遇或新品种光周期的人工控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比值升高，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)调节营养生长和生殖生长。
对以收获营养体为主的作物，可通过控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，应该选早熟品种；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。营养生长期长，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足麻类所需的短日条件，因而南麻北种会延迟开花，种子不能及时成熟。若在留种地，植株苗期采用短日处理，可解决种子问题。
┃┃典例剖析____■
典例4 植物的生命活动受植物激素的调节，如图为某植物感知外界光照、温度等变化，通过调节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⑤⑥
B．10 ℃有利于过程②④，30 ℃有利于过程⑤⑥
C．10 ℃有利于过程①②③④，30 ℃有利于过程①③⑤⑥
D．长日照能促进所有过程，短日照能抑制所有过程
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，叶和果实衰老和脱落，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。
解疑答惑
问题探讨⇨P105
1．提示：是由重力因素调节的。
2．提示：根和茎很可能会继续横向生长，因为太空中几乎没有重力。
思考·讨论⇨P105
1．提示：不是。
2．提示：光既促进叶绿素的合成从而使豆苗变成绿色，也会影响豆苗的形态。
3．提示：是光照时长(黑暗时长)在起作用：与植物激素的分泌有关。
4．提示：萌发需要光照的种子一般较小，这是对环境的适应——萌发后能立即进行光合作用，从而避免在无光条件下萌发后“饿死”；植株在生长、开花过程中，跟随着光照的节奏，能保证生命活动正常进行，能保证正常地繁衍后代，这也是植物对环境的适应。
思考·讨论⇨P107
1．提示：年轮的形成，是树木生长对一年中不同时期环境温度的反应的结果。
2．提示：这样可以避免出现在冬季来临之前开花从而无法正常结果的情况。
练习与应用⇨P109
一、概念检测
1．(1)× (2)√ (3)√
2．下图供参考。
二、拓展应用
1．提示：(1)红光促进莴苣种子发芽，红外光抑制莴苣种子发芽。
(2)莴苣种子会发芽，因为自然光包含红光和红外光，莴苣种子对红光更敏感，因此在自然光照射下会发芽。
2．提示：可尝试进行遮光处理。
1．生长在温带和亚热带地区的树木，在它们树干的横切面上，常常可以看到一些年轮。一个年轮内的木材特点是( A )
A．春材到秋材，质地由疏松到致密，颜色由浅到深
B．春材到秋材，质地由致密到疏松，颜色由深到浅
C．秋材到春材，质地由致密到疏松，颜色由深到浅
D．秋材到春材，质地由疏松到致密，颜色由浅到深
解析：生长在温带地区和亚热带地区的树木，在它们的树干横切面上，常常可以看到一些同心环带，人们称作年轮。年轮是由于形成层细胞的分裂活动受气温变化的影响而形成的。春天气温升高，营养物质充足，形成层细胞的分裂活动加快，所产生的木质部细胞个体大，细胞壁薄，因此，木材的质地疏松，颜色较浅，这样的木材叫作春材。秋天，气温降低，营养物质减少，形成层细胞的分裂活动减慢，所产生的木质部细胞个体小，细胞壁厚，因此，木材质地致密，颜色较深，这样的木材叫作秋材。一个年轮包括当年的春材和当年的秋材，它代表了一年当中所形成的木材。同一年的春材与秋材之间，颜色是逐渐转变的，中间没有明显的界限，共同构成一个环带，即年轮。
2．自然条件下，冬小麦是在头一年秋季萌发，以营养体(长出根、茎、叶的植物体)过冬，第二年夏初开花和结实。秋末冬春的低温是诱导开花的必要条件。经研究发现低温能促使冬小麦体内赤霉素含量增加，说明( A )
A．未经过低温处理的冬小麦，如果施用适宜浓度的赤霉素也能诱导开花
B．赤霉素等植物激素控制着植物的生命活动
C．赤霉素直接参与细胞内的代谢活动
D．赤霉素具有解除种子休眠的作用
解析：秋末冬春的低温是诱导开花的必要条件，低温能促使冬小麦体内赤霉素含量增加，说明赤霉素与植物的开花有关，故未经过低温处理的冬小麦，如果施用适宜浓度的赤霉素也能诱导开花，A正确；植物激素的合成受基因的控制，故基因控制着植物的生命活动，植物激素对生命活动只是起调节作用，不能直接参与细胞内的代谢，B、C错误；冬小麦是以营养体过冬的，故题干未体现赤霉素具有解除种子休眠的作用，D错误。
3．光敏色素在植物个体发育的过程中能促进种子的萌发、调节幼苗的生长和叶绿体的发育等。如图为光敏色素调节相关蛋白质合成的过程，请分析回答有关问题：
(1)科学家研究发现，植物具有能接受光信号的分子，光敏色素是其中的一种。光敏色素是一类_蛋白质__，分布在植物的各个部位，其中在分生组织的细胞内比较丰富。
(2)在受到光照射时，光敏色素的结构会发生变化，该过程是_感受__信号的过程，图中发生改变的光敏色素作为_信息(信号)__分子传递到细胞核内，引起细胞核内_特定基因转录__，该过程的产物通过_核孔__离开细胞核。
(3)需要氨基酸作为原料的过程是图中序号_②__。该过程的开始和终止分别与mRNA上的_起始密码子和终止密码子__有关。
解析：(1)光敏色素是一类蛋白质(色素—蛋白复合体)。(2)在受到光照射时，光敏色素的结构会发生改变，作为信号分子将信息传递下去。由题图可知，信号进入了细胞核，引起细胞核内发生特定基因的转录。转录得到的产物是RNA，RNA从核孔离开细胞核。(3)基因表达的翻译过程需要氨基酸作为原料，即图中②过程；该过程的开始和终止分别与mRNA上的起始密码子和终止密码子有关。
阶段
响应
①感受信号
光敏色素被激活，结构发生变化
②传导信号
信号经过转导，传递到细胞核内
③发生反应
细胞核内特定基因进行转录，之后通过翻译产生相应蛋白质，表现出生物学效应
处理方式
未经低温处理
(第1组)
经低温处理
(第2组)
先低温处理后高温处理
(第3组)
检测结果
没有某些特殊蛋白质
有某些特殊蛋白质
出现某些特殊蛋白质。高温处理后这些蛋白质消失
现象
不能抽穗开花
抽穗开花
不能抽穗开花