高中浙科版 (2019)第三节 植物对多种环境信号做出反应学案

这是一份高中浙科版 (2019)第三节 植物对多种环境信号做出反应学案，共12页。
一、向性运动是植物对环境信号做出的生长反应
1．向性运动
(1)概念：向性运动是植物受到光、重力等有方向性的环境刺激而引起的生长运动，是植物对环境信号的一种生长反应。
(2)生长的方向取决于外界刺激的方向。
(3)实例：向光性、向重力性等。
2．向重力性
(1)概念：向重力性就是植物在重力影响下，保持一定方向生长的特性。
(2)植物的茎总是背离重力方向而向上生长，具有负向重力性。
(3)根总是顺着重力方向而向下生长，具有正向重力性。
二、植物的生殖受到光周期及温度的调控
1．植物的生殖受光周期的调控
(1)光周期：一天24 h内昼夜的相对长度。
(2)光周期现象：生物体对光周期的生理反应。
(3)长日植物
①概念：只有当日长超过一定小时数时才能开花的植物称为长日植物。
②开花季节：一般在春天或者初夏开花。
(4)短日植物
①概念：只有当日长短于一定小时数时才能开花的植物称为短日植物。
②开花季节：一般在夏末或者秋冬开花。
(5)日中性植物：不管日照长短，只要它们已经接受了正常生长发育所需的足够的光照就能开花的植物称为日中性植物。
(6)科学研究表明，控制植物开花及其他光周期现象的是夜长——暗期的长度，而非日长。因此，短日植物实际是长夜植物，而长日植物实际是短夜植物。
(7)植物体感受光周期变化的部位是叶片。叶片细胞中有一种色素称为光敏色素(phytchrme)，能够感受夜长。
(8)光周期作为信号控制很多植物的开花，这是长期进化的结果。
2．植物的生殖受到温度的调控
(1)春化作用：低温诱导植物开花的过程，称为春化作用。
(2)感受低温刺激的部位：一般在茎尖。
(3)与春化作用有关的物质：春化素(至今还没被分离出来)、赤霉素。
(4)低温作为信号，影响这些植物的开花，也是进化的结果。
判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．对于植物而言，光不仅能提供能量，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。
向性运动是植物对环境信号做出的生长反应
1．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。
2．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。在幼茎中，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，所以D侧生长快于C侧。
1．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。]
2．(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，促进生长的效果就越强；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)。下列叙述不正确的是( )
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，图甲中根部周围的琼脂都为橙色，时间足够长以后，根部周围的琼脂都呈紫色
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的可塑性变强
B [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地向地弯曲，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。]
植物的生殖受到光周期及温度的调控
1．光对植物生长发育的两种作用
(1)间接作用：光作为能量来源，主要通过影响光合作用间接影响植物的生长发育。
(2)直接作用：光作为一种外界信号，对植物生长发育的影响主要是通过影响植物的形态建成实现的。光作为一种信号影响着植物生长发育的许多方面，从种子发芽和幼苗脱黄化到昼夜节律、基因表达、向地性和向光性，都有广泛的调节作用，植物受光诱导和调节的发育称为植物的光形态建成。植物光形态建成包括以下几个方面：
①光在种子萌发中的作用
光对一般植物种子的萌发没有什么影响，但有些植物种子的萌发需要光，这样的种子叫需光种子，如莴苣、烟草等植物的种子。还有一些植物种子的萌发不需要光，这些种子叫需暗种子，如西瓜、黄瓜、番茄等植物的种子。
在需光种子中，研究较多的是莴苣种子，它的萌发对光的要求非常严格。在白光下，莴苣种子的萌发受到促进；改用660 nm的红光照射，同样促进种子萌发；若用730 nm的远红光照射则有很强的抑制作用，种子萌发率大大降低。研究人员同时发现，红光的促进作用和远红光的抑制作用是可逆的，用红光处理后再用远红光处理则红光的作用被解除。若反复使用红光和远红光，其作用效果则取决于最后一次处理的光质。现在已知，参与需光种子萌发反应的光的吸收与光敏色素有关。
②光在植物营养生长期的作用
光能消除黄化现象，使叶伸长，茎节间变短；使植物根、茎、叶正常分化。
③光在植物开花中的作用
很多植物的开花与日照长度有关，白天和黑夜的相对长度叫光周期，光周期作为植物的定时器或启动器，启动植物体内的光受体，导致植物开花。
④光在植物休眠中的作用
光周期可诱导植物进入休眠。从秋到冬随着日照长度的缩短，植物体内产生脱落酸，脱落酸使植物器官脱落进入休眠，使植物安全度过寒冷冬季。街道两旁路灯下的植物最容易遭受冻害，就是因为路灯夜晚照光，延长了光照长度，这些植物感受不到外界短日照的信号而未进入休眠。当寒冷冬季来临时，这些植物就会因准备不足遭受冻害。从春到夏，日照长度逐渐加长，长日照诱导植物体内产生赤霉素，赤霉素使植物解除休眠，进行生长和发育。
2．光的信号传导
(1)光敏色素：植物接受光信号的分子之一。
①本质：蛋白质(色素—蛋白复合体)。
②分布：植物的各个部位，在分生组织的细胞内尤其丰富。
③生理作用：光敏色素可参与调节种子萌发、茎的伸长、气孔分化、叶绿体和叶片运动、花诱导、花粉育性等生理过程。
(2)调控机制
归纳总结 光既能作为植物细胞的能量来源，又能通过影响光敏色素等蛋白质的构象，引起光信号传导，改变细胞激素水平和基因表达水平。
3．温度
(1)树木的年轮表现出季节周期性变化
①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。
②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。
(2)春化作用
①概念：经一定时间的低温诱导促进植物开花的作用。
②举例：有些植物需要经历一段时间的低温才能开花，例如冬小麦、冬大麦、芹菜、胡萝卜、白菜等，如果不经过一定时间的低温，它们就会一直保持营养生长状态或很晚才能开花。
(3)植物的所有生理活动都是在一定的温度范围内进行的
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，参与调节植物的生长发育。
②植物分布的地域性在很大程度上是由温度决定的。
3．下表是交替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)。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，莴苣种子的萌发率就越高
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。]
4．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的赤霉素含量增加，这说明( )
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
A [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。]
已有的研究表明，植物的根是靠根冠中的细胞感受重力，从而引起根的向地生长的。请以刚刚萌发的玉米粒为实验材料，设计实验进行验证。(提示：为便于观察，可在培养皿中铺上湿棉花，将刚萌发的玉米粒放在其中培养。)
通过对对照实验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，提升科学探究的能力。
(1)本实验的自变量是什么？应如何设置？(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)请找出至少两个本实验的无关变量，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在适当时间( )
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，茎对生长素的敏感性高，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的含量多于背光一侧，从而造成向光侧弯曲
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，向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①⑥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
课标内容要求
核心素养对接
概述其他因素参与植物生命活动的调节，如光、重力和温度等。
科学思维——基于对光照、重力和温度等环境因素对植物生长发育的影响的认识，分析和解决生产和生活中的一些实际问题。
光处理
萌发率%
R
70
R—FR
6
R—FR—R
74
R—FR—R—FR
6
R—FR—R—FR—R
76
R—FR—R—FR—R—FR
6
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 背 诵
1．向性运动是植物受到光、重力等有方向性的环境刺激而引起的生长运动，是植物对环境信号的一种生长反应。生长的方向取决于外界刺激的方向。
2．向重力性就是植物在重力影响下，保持一定方向生长的特性。植物的茎总是背离重力方向而向上生长，具有负向重力性；相反，根总是顺着重力方向而向下生长，具有正向重力性。
3．所谓光周期(phtperid)，即一天24 h内昼夜的相对长度。生物体对光周期的生理反应，称为光周期现象(phtperidism)。
4．植物体感受光周期变化的部位是叶片。叶片细胞中有一种色素称为光敏色素(phytchrme)，能够感受夜长。光周期作为信号控制很多植物的开花，这是长期进化的结果。
5．感受低温刺激的部位一般在茎尖。低温作为信号，影响这些植物的开花，也是进化的结果。