2024年高中生物新教材同步选择性必修第一册 第5章 第4节　环境因素参与调节植物的生命活动

第4节环境因素参与调节植物的生命活动[学习目标]1.说明光对植物生长发育的调节作用，简述温度、重力等参与调节植物生命活动。2.说明环境因素的调节与植物的适应性之间的关系。一、光对植物生长发育的调节1．光的作用：光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。2．调控机理(1)信号：光。(2)信号受体：光敏色素。①本质：蛋白质(色素—蛋白复合体)。②分布：存在于植物的各个部位，其中在分生组织的细胞内比较丰富。③吸收光谱：主要吸收红光和远红光。(3)调节过程：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。判断正误(1)胚芽鞘的感光部位尖端的细胞可能含有光敏色素()(2)光敏色素只分布在叶肉细胞的叶绿体的膜结构上()(3)光敏色素应该不是激素，存在于叶子等器官，大小和叶绿素差不多()答案(1)√(2)×(3)×任务一：分析光对植物生长发育的调节机制1．光影响种子萌发资料1：莴苣种子在光照一段时间后的发芽率明显高于黑暗条件。资料2：烟草种子在光照/黑暗条件下的发芽率明显高于完全黑暗条件(实验结果如下表)。处理发芽率(%)全黑暗6.67光照/黑暗91.00(1)根据以上资料思考：那些需要光才能萌发的种子，是光影响生长素的分布吗？是提供能量吗？提示不是，因为影响生长素分布出现的结果应该是植物表现出一种不对称的生长状态，而种子萌发不是这种情况。所以不是光通过影响生长素的分布来影响种子萌发的。许多种子萌发时是没有叶绿素的，不能进行光合作用，所以也不提供能量。(2)请你推测光是如何调节种子萌发的？提示光本身是植物种子萌发过程中的一种调节因子。在受到光照时，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，从而调节种子萌发。资料3：科学家用红光和红外光依次照射的方法对一批莴苣种子进行处理，然后置于暗处。一段时间统计发芽率，结果如下：组别光照射处理方式发芽情况对照组无光照不发芽组1红光发芽组2红光→红外光不发芽组3红光→红外光→红光发芽组4红光→红外光→红光→红外光不发芽(3)你能得出什么结论？提示红光促进莴苣种子萌发，红外光逆转以上效果。2．光影响植物的颜色和形态资料4：豆芽是在黑暗的环境中培育的，细胞中不含叶绿素，茎比在光下要长很多。豆芽一旦见光，就会发生形态变化并长成豆苗。在这个过程中，光产生了什么影响？提示光促使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．光调节植物开花资料5：植物开花条件：菠菜——白天光照时长超过13h；菊、水稻——白天短于一定光照时长；黄瓜、棉花、向日葵——和白天光照时长无关。处理火龙果开花朵数补光6小时54补光5小时47补光4小时44不补光9决定植物是否开花的环境因素是什么？提示光照时长。4．光信号在植物体内的转换资料6：科学家在短由此，你可以得出什么结论？提示光信号在植物体内被转换为化学物质信号。5．植物细胞中能感受光信号的分子是什么？参照教材P106图5－12，尝试用文字和箭头构建光信号转换过程模型。提示光敏色素。模型如图所示：1．下列关于光对植物生长发育的影响的叙述，不正确的是()A．光能影响植物种子的萌发B．植物的向光性生长是植物对光刺激的反应C．对植物来说，光只是起提供能量的作用D．光可作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程答案C解析光在植物的生长发育过程中不只是起提供能量的作用，还可以作为一种信号分子，影响、调控植物生长、发育的全过程，如影响植物种子的萌发、植物的向光性生长等。2．下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明显影响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答案B解析短日/长夜时，短日照植物开花，短日/长夜闪光时，短日照植物不开花，长夜闪光对于植物能否开花有影响，B错误。二、参与调节植物生命活动的其他环境因素及植物生长发育的整体调控1．温度因素的作用(1)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．重力是调节植物生长发育和形态建成的重要环境因素(1)作用机理：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。(2)“淀粉—平衡石假说”①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。②当根的放置方向发生改变时，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。3．植物生长发育的整体调控判断正误(1)春化作用是指植物开花需经一定光照时长的诱导()(2)重力可调节植物生长发育，但与植物形态建成无关()(3)光照、温度等环境因子通过改变植物激素的作用来影响植物的生命活动()答案(1)×(2)×(3)×任务二：分析温度和重力对植物生长发育的调节1．温度参与植物生长发育的调节(1)树木的年轮与季节的温度变化有什么直接关系？提示年轮的形成，是树木对一年中不同时期环境温度反应的结果。(2)有的植物需经过春化作用才能开花，这对它们适应生存的环境有什么意义？提示可以避免出现植物在冬季来临之前开花从而无法正常结果的情况。2．重力参与植物生长发育的调节(1)根的向地生长主要是受哪种环境因素调节的？这有什么意义？提示主要受重力影响；根向地生长可以深扎根，利于吸收水分和无机盐。(2)请用“淀粉—平衡石假说”解释根的向地性。(3)研究表明：平衡石细胞和感受重力的部位在根冠。根冠感受了重力方向后，通过运输物质(生长素)的量影响根尖生长方向。真的是这样吗？如何通过设计实验来进行验证？请设计实验，分别用减法原理和加法原理验证植物向地性的感受部位在根冠(完善下列表格)。项目处理预期结果减法切去不同长度的根尖端哪怕仅切掉0.5mm，根依然失去了向地性原理硝酸银灼烧根尖根失去向地性加法原理切去不同长度的根尖端后又长出尖端恢复向地性3．下面关于温度参与植物生长发育的调节的叙述，不正确的是()A．温度可影响种子萌发、植株生长、开花结果等生命活动B．冬小麦在生长期需要经历一段时期的低温之后才能开花C．温度能影响代谢的快慢D．温度不能决定植物分布的地域性答案D解析植物分布的地域性很大程度上就是由温度决定的，D错误。4．如图是解释玉米根向重力生长原因的模型。平衡石是根冠细胞特有的结构。在垂直放置的根中，平衡石停留在根冠细胞的基部，导致经由中柱运来的IAA在根冠均等分布(如图1)。在水平放置的根中，平衡石停留在根冠细胞的近地侧，导致根冠远地侧的IAA向近地侧运输(如图2)。根据该模型，下列分析正确的是()A．IAA在根部只能从伸长区向根冠运输B．在水平放置的根中，近地侧伸长慢的原因是IAA浓度低于远地侧C．若把去除根冠的玉米根水平放置，仍能观察到根向地弯曲生长D．玉米根向重力生长与平衡石在根冠细胞中的位置密切相关答案D解析由题图可知，IAA在根部既能从伸长区向根冠运输，也能从根冠向伸长区运输，A错误；在水平放置的根中，近地侧伸长慢的原因是IAA浓度高于远地侧，根对生长素比较敏感，近地侧生长素浓度高，生长受到抑制，远地侧生长素浓度低，生长较快，B错误；若把去除根冠的玉米根水平放置，失去了平衡石的作用，根水平生长，C错误。题组一光对植物生长发育的调节1．下列关于光在植物生长发育调节中的作用的说法，错误的是()A．种子萌发需要光，并由分生组织细胞感光B．光是合成叶绿素的必要条件C．许多植物的花期受光照日夜周期变化的影响D．植物的向光性是对光照刺激的反应答案A解析不同作物的种子萌发对光照条件的要求不一样，有些不需要光，需要在暗处才能萌发，A错误；没有光不能合成叶绿素，B正确；光周期的变化直接影响植物的开花时间，C正确；单侧光照射会影响到生长素的分布，导致植物向光性生长，D正确。2．(2022·山东临沂高二期中)小麦需要日照长度达到一定值才能开花，下列相关说法错误的是()A．小麦细胞内的光敏色素能感知光信号B．光信号在细胞内通过信息传递系统被传导到细胞核C．和小麦类似的植物通常在春末夏初开花D．长日照能提高细胞核内与开花有关的基因数量答案D解析长日照没有改变细胞核内与开花有关的基因数量，只是影响了相关基因的表达，D错误。3．植物具有接收光信号的物质，光敏色素是其中的一种。光敏色素是一类色素—蛋白复合体，光敏色素主要吸收红光和远红光，吸收的红光和远红光能使光敏色素结构发生变化，影响细胞核中特定基因的表达进而调控植物生长发育。下列有关叙述正确的是()A．红光和远红光都对植物的生长发育非常重要B．光敏色素能催化细胞核中特定基因的表达C．对植物来讲，光只是起提供能量的作用D．光敏色素是调控植物生长发育的唯一因素答案A解析光敏色素不是酶，不具有催化作用，B错误；对植物来讲，光既能提供能量，也能作为信息分子调控植物发育，C错误；光敏色素、温度和重力等都调控植物的生长发育，D错误。题组二参与调节植物生命活动的其他环境因素4．下面为探究白菜经三种不同方式处理后植株的开花情况的实验。由该实验可得出的结论是()实验1：低温处理，不另外施加赤霉素；实验结果：白菜开花实验2：未经低温处理，另外施加赤霉素；实验结果：白菜开花实验3：未经低温处理，不另外施加赤霉素；实验结果：白菜不开花A．赤霉素能促进花的发育B．赤霉素能解除种子休眠C．赤霉素必须经低温诱导才能合成D．白菜必须经低温环境处理才能开花答案A解析比较实验2和3可知，赤霉素能促进花的发育，A项正确；据题干信息不能得出赤霉素能解除种子休眠和赤霉素合成必须经低温诱导的结论，B、C项错误；根据实验2的处理方法可知，白菜开花不一定须经低温环境处理，D项错误。5．将豌豆的幼苗水平放置，它的根会向下弯曲。若将根冠全部或部分切去，实验过程及现象如表，下列描述错误的是()图示处理方法一段时间后弯曲情况根冠不切除向下弯曲63°根冠全切除不向下弯曲A.甲组为对照组，乙组为实验组B．依实验现象可知，决定根向重力性的部位是根冠C．此实验必须在黑暗条件下进行D．由表可知，在重力作用下根冠产生了抑制近地端细胞生长的物质答案D解析甲组不做处理为对照组，乙组将根冠全切除(经过特殊处理)为实验组，A正确；对比甲和乙可知，根向下弯曲与植物的根冠有关，B正确；由于单侧光会影响生长素的分布，所以此实验必须在黑暗条件下进行，C正确；由表不能得出在重力作用下根冠产生了抑制近地端细胞生长的物质的结论，D错误。6．“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。当根的放置方向发生改变时，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，使根向地生长答案D解析植物的根系在生长过程中，由于重力的作用近地侧的生长素浓度高，高浓度生长素对植物根有抑制生长的作用，根的近地侧生长素分布较多，细胞生长受抑制；根的远地侧生长素分布较少，细胞生长快，使根向地生长，D错误。题组三植物生长发育的整体调控7．(2022·江苏南京高二期末)下列关于植物生命活动调节的叙述，错误的是()A．光照、温度等环境因子通过影响细胞代谢来影响植物的生命活动B．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C．日照时间达到一定长度时植物才能开花，说明光为植物的开花提供能量D．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答案C解析日照时间达到一定长度时，植物才能开花，其中光作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程，C错误。8．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答案B解析植物体内的光敏色素主要吸收红光和远红光，A错误；植物激素不能提供能量，也不能催化化学反应，只是作为信息分子，调控细胞的基因表达，B正确；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运输生长素的信号，C错误；冬小麦需经历低温诱导才能开花结实说明温度能够调节植物的生长发育，但低温处理后冬小麦开花结实过程中细胞分化、分裂都受生长素、细胞分裂素等激素的调节，D错误。9．如图是某光照条件下光促进与抑制拟南芥种子萌发的作用光谱。下列说法错误的是()A．不同波长的光照对拟南芥种子萌发所起的调控作用不同B．波长Ⅰ和Ⅱ区域的光照对拟南芥种子萌发的作用差异显著C．短波光照比长波光照对拟南芥种子萌发的抑制作用显著D．光照对拟南芥种子的萌发既有促进作用也有抑制作用答案C解析据图分析可知，当波长＞700nm时，光照对种子萌发起抑制作用，即长波光照比短波光照对拟南芥种子萌发的抑制作用显著，C错误。10．用低温诱导促使植物开花的作用称为春化作用。某些植物必须经过春化作用才能开花结实，高温、缺氧和缺水等均可以解除春化，一般植物在种子萌发后到植物营养生长的苗期感受低温而完成春化。下表是对冬小麦进行春化处理的研究结果，下列相关说法不正确的是()处理方式未经低温处理经低温处理先低温处理后高温处理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A.决定冬小麦的抽穗开花的环境因素有温度、氧浓度和水分等B．春化作用使冬小麦体内的基因发生基因突变，产生了的特定蛋白质，使冬小麦抽穗开花C．冬小麦的春化过程可以避免冬季来临之前开花而无法正常结果的情况D．春化作用与温度有关，与光信号无关答案B解析春化作用是基因选择性表达的结果，非基因突变导致，B错误。11．研究人员用红光和红外光依次照射的方法，对一批莴苣种子进行处理，然后置于暗处。一段时间后，这些莴苣种子的发芽情况如表所示。下列说法错误的是()组别光照射处理方式发芽情况a组无光照不发芽b组红光发芽c组红光→红外光不发芽d组红光→红外光→红光发芽e组红光→红外光→红光→红外光不发芽A.本实验中的a组为对照组B．红光促进莴苣种子发芽，红外光抑制种子发芽C．若将e组处理后置于自然光下，而不是黑暗条件，莴苣种子不会发芽D．光诱导莴苣种子发芽过程中，光敏色素参与信息传递，进而影响基因的表达答案C解析由于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莴苣种子会发芽，C错误。12．(2023·河北保定高二月考)科学家研究发现，植物具有的光敏色素和向光素就是能接收特定光信号的分子。光敏色素受到红光和远红光照射时结构发生变化，影响细胞核中特定基因的表达而调控植物生长发育。向光素是一种自磷酸化蛋白激酶，在蓝光刺激下，发生自磷酸化。激活的向光素调节生长素运输载体的定位，进而引起生长素的侧向运动，最终使得植物器官不对称生长。下列有关描述正确的是()A．向光素是感受红光和远红光的受体蛋白质B．生长素的侧向运输与向光素的自磷酸化无关C．光敏色素受到刺激后进入细胞核催化特定基因表达D．植物生长发育的调控是基因、激素、环境共同完成的答案D解析向光素是接受蓝光刺激的受体蛋白，A错误；光敏色素不能起催化作用，只是影响细胞核中特定基因的表达，C错误。13．一颗小小的望天树种子可以生长发育成参天大树，其生长发育受多种因素的调节。下列说法错误的是()A．光作为一种信号，可以影响、调控望天树生长、发育的全过程B．温度通过影响望天树种子萌发、植株生长、开花结果和叶的衰老、脱落等过程参与调节其生长发育C．重力通过将重力信号转换成运输生长素的信号，造成生长素分布不均匀来调节望天树根的生长方向D．望天树生长发育的过程完全由植物激素和环境因素调控答案D解析望天树生长发育的过程根本上是基因组控制，受植物激素和环境因素调控，D错误。14．(2022·福建莆田二中高二期中)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1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)植物的光敏色素是接收光信号的分子，光敏色素的化学本质是________，在受到光照射时，光敏色素的结构会发生变化，发生改变的光敏色素作为________分子经过________系统传导到细胞核内，影响____________________，从而表现出生物学效应。(2)科研人员测定了野生型植株和光受体缺失突变体中脱落酸(ABA)的含量，结果如图2所示。据实验结果推测，光可能______________________________________________________。(3)请用文字和箭头表示调节植物生长发育的环境因素、植物激素和基因表达的关系：___________________________________________________________________________。(4)有科学家认为根的向地生长不仅与生长素有关，还与乙烯的作用有关，为了研究二者的关系，有人做了这样的实验：将某种开花植物的根尖放在含不同浓度生长素的培养液中，并加入少量蔗糖作为能源物质，他发现在这些培养液中出现了乙烯，且生长素浓度越高，培养液中乙烯的浓度也越高，根尖生长所受的抑制也越强。①该实验的自变量是______________，因变量是________________________________。②为使实验更严谨，还需将另一些等量的根尖放在______________________________，作为对照组。③据此实验结果，可推知水平放置的植物根向重力生长的原因是______________________________________________________________________________________________________。答案(1)蛋白质信息(或信号)信息传递(特定)基因的表达(或转录)(2)抑制植物ABA的合成(3)(4)①生长素浓度乙烯浓度和根尖的生长长度②含等量蔗糖但不含生长素的培养液中③高浓度生长素诱导根细胞合成了乙烯，乙烯抑制了根近地侧的生长15．(2022·江苏泗洪县高二期末)为研究生长素在水稻根负向光性反应中的作用，研究人员进行了有关实验，其中丙、丁、戊三组用含有IAA的琼脂块贴附在竖直向下生长的根尖表面的一侧，得到了部分实验结果如表所示。组别处理方式弯曲角度/°备注甲黑暗0竖直向下生长乙单侧光照39.6负向光性生长丙对贴有琼脂块的一侧光照43.7负向光性加剧丁黑暗(贴有1mg/LIAA的琼脂块)37.5向含有IAA的琼脂块方向生长戊黑暗(贴有5mg/LIAA的琼脂块)41.3向含有IAA的琼脂块方向生长回答下列问题：(1)生长素在细胞水平上具有__________________和诱导细胞分化的作用；少量的生长素即可对植物的生长发育有显著影响，但是植物体还要源源不断地合成生长素的原因是_____________________________________________________________________________。果实中的生长素主要来源于___________