第4節(jié)環(huán)境因素參與調(diào)節(jié)植物的生命活動課程：高中生物學(xué)教材：高中生物人教版（2019）選擇性必修1穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)章節(jié)：第4節(jié)環(huán)境因素參與調(diào)節(jié)植物的生命活動教材分析本節(jié)課主要圍繞光、溫度、重力等環(huán)境因素對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)作用展開。教材通過種子萌發(fā)、植株生長、開花等具體實(shí)例，說明植物如何感知并適應(yīng)外界環(huán)境的變化。內(nèi)容安排體現(xiàn)了植物生命活動與環(huán)境之間的動態(tài)關(guān)系，幫助學(xué)生理解生物與環(huán)境相適應(yīng)的生命觀念；通過資料分析和討論問題，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用歸納與推理的科學(xué)思維方法，探討植物響應(yīng)環(huán)境的機(jī)制；介紹了光敏色素、春化作用、平衡石細(xì)胞等科學(xué)發(fā)現(xiàn)，展示了科學(xué)家探究植物響應(yīng)環(huán)境因素的過程和方法；同時(shí)，這些內(nèi)容也與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐密切相關(guān)，有助于增強(qiáng)學(xué)生關(guān)注自然、服務(wù)社會的責(zé)任意識。教材還強(qiáng)調(diào)了基因表達(dá)調(diào)控、激素調(diào)節(jié)和環(huán)境因素共同參與植物生長發(fā)育的整體調(diào)控，使學(xué)生形成系統(tǒng)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，提升綜合分析能力，符合高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求。學(xué)情分析學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)習(xí)過光合作用的基本概念，知道光是植物進(jìn)行光合作用的能量來源，但對光作為信號分子調(diào)控植物生長發(fā)育的機(jī)制尚不了解。高中階段的學(xué)生具備一定的抽象思維能力，能夠理解信號傳導(dǎo)等較復(fù)雜的概念，但對光敏色素、春化作用等專業(yè)術(shù)語和分子機(jī)制仍存在認(rèn)知難度。本節(jié)重點(diǎn)在于理解光作為環(huán)境信號如何調(diào)控植物生長發(fā)育，難點(diǎn)是掌握光敏色素的作用機(jī)制和溫度、重力等環(huán)境因素的調(diào)節(jié)原理。要求學(xué)生能夠分析光、溫度等環(huán)境因素對植物生命活動的具體影響，并理解植物生長發(fā)育是基因表達(dá)調(diào)控、激素調(diào)節(jié)和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果。教學(xué)目標(biāo)生命觀念：通過分析光、溫度、重力對植物生長發(fā)育的影響，理解環(huán)境因素與植物生命活動的適應(yīng)性關(guān)系；舉例說明光敏色素和春化作用在植物生命活動中的調(diào)控機(jī)制?？茖W(xué)思維：比較不同植物種子萌發(fā)對光照需求的差異，歸納光信號調(diào)控植物生長的規(guī)律；結(jié)合年輪形成與溫度變化的關(guān)系，解釋植物對環(huán)境周期性變化的響應(yīng)機(jī)制?？茖W(xué)探究：基于“淀粉—平衡石假說”示意圖，描述重力信號如何通過生長素分布調(diào)節(jié)植物生長方向；通過討論豆芽見光后的形態(tài)變化，分析光對植物形態(tài)建成的調(diào)控作用。社會責(zé)任：結(jié)合植物對環(huán)境的適應(yīng)性特征，探討合理利用光、溫度等因素提高農(nóng)作物產(chǎn)量的實(shí)踐意義；關(guān)注植物生長調(diào)控知識在生態(tài)保護(hù)中的應(yīng)用價(jià)值。重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)光對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)作用及其生物學(xué)意義。溫度和重力作為環(huán)境因素對植物生長發(fā)育的影響機(jī)制。植物生長發(fā)育受基因表達(dá)調(diào)控、激素調(diào)節(jié)和環(huán)境因素共同作用的基本原理。教學(xué)難點(diǎn)光敏色素在植物感知光信號中的作用及信號傳導(dǎo)過程。春化作用和年輪形成與溫度周期性變化的關(guān)系。根向地性和莖背地性生長的機(jī)制及“淀粉—平衡石假說”的理解。課堂導(dǎo)入在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，我們常常會發(fā)現(xiàn)一些有趣的現(xiàn)象。比如，農(nóng)民在種植煙草和萵苣時(shí)，會注意到種子在有光的條件下才更容易萌發(fā)；而在培育豆芽時(shí)，豆芽在黑暗環(huán)境中生長，莖長得很長且不含葉綠素，一旦見光就會發(fā)生明顯變化。此外，不同植物開花時(shí)間也受光照時(shí)長影響，像菠菜需要白天較長才開花，菊則需白天短才開花。這些現(xiàn)象背后隱藏著怎樣的生物學(xué)奧秘呢？植物的生長發(fā)育與光之間到底存在著怎樣的聯(lián)系？接下來，讓我們一同深入探究光對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)作用。探究新知光對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)情境展示情境資料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)民常常根據(jù)作物種類和生長階段調(diào)整光照條件。例如，在培育豆芽時(shí)，通常在黑暗環(huán)境中進(jìn)行，以獲得細(xì)長、嫩白的豆芽；而在豆芽成熟后移至光下，莖葉會變綠并逐漸發(fā)育成完整的植株。此外，一些花卉種植者通過控制光照時(shí)間來調(diào)節(jié)植物開花時(shí)間，以滿足市場需求。任務(wù)探究為什么豆芽在黑暗中生長得更長？見光后顏色和形態(tài)為什么會發(fā)生變化？控制光照時(shí)間可以調(diào)節(jié)植物開花，這體現(xiàn)了植物對哪種環(huán)境因素的響應(yīng)？這種響應(yīng)機(jī)制可能涉及哪些內(nèi)部調(diào)控物質(zhì)？任務(wù)分析豆芽在黑暗中生長時(shí)缺乏光信號，導(dǎo)致其莖部伸長較快，葉綠素合成受阻，因此呈現(xiàn)白色且莖較長。見光后，光敏色素感知光信號，啟動相關(guān)基因表達(dá)，促進(jìn)葉綠素合成和形態(tài)建成，使植株變綠并趨于正常生長?？刂乒庹諘r(shí)間調(diào)節(jié)植物開花，體現(xiàn)的是植物對光周期這一環(huán)境因素的響應(yīng)。這種響應(yīng)機(jī)制與植物體內(nèi)光敏色素等光感受器以及植物激素（如赤霉素、成花素）的分泌密切相關(guān)。知識講解（一）光對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)作用種子萌發(fā)：不同植物種子對光的需求不同。部分種子（如煙草、萵苣）需在光照條件下才能萌發(fā)，而另一些種子（如洋蔥、番茄）則受光抑制。需光萌發(fā)的種子通常較小，儲藏營養(yǎng)少，依賴光照作為萌發(fā)信號。植株形態(tài)建成：光照影響植物的顏色和形態(tài)。例如，豆芽在黑暗中缺乏葉綠素，莖細(xì)長；見光后葉綠素合成增加，莖變短粗，形態(tài)趨于正常。植物的向光性生長是其對光刺激的反應(yīng)，體現(xiàn)光作為信號的作用。開花調(diào)控：植物的開花與晝夜長短密切相關(guān)。例如，菠菜為長日照植物，菊、水稻為短日照植物。光周期通過光敏色素等感受器調(diào)控植物的開花行為。（二）植物感知光信號的機(jī)制光敏色素的結(jié)構(gòu)與分布：光敏色素是一類蛋白質(zhì)復(fù)合體，主要吸收紅光和遠(yuǎn)紅光。廣泛分布于植物各部位，尤其在分生組織細(xì)胞中含量較高。光信號的傳導(dǎo)過程：光照射引起光敏色素結(jié)構(gòu)變化，該變化信息通過信號傳遞系統(tǒng)傳至細(xì)胞核。最終影響特定基因的表達(dá)，從而引發(fā)生物學(xué)效應(yīng)，如種子萌發(fā)、形態(tài)建成、開花等。圖512光調(diào)控植物生長發(fā)育的反應(yīng)機(jī)制示意圖前沿?zé)狳c(diǎn)利用光控技術(shù)精準(zhǔn)調(diào)控植物生長的研究進(jìn)展光控基因表達(dá)系統(tǒng)的開發(fā)：近年來，科學(xué)家利用光敏色素構(gòu)建了光控基因表達(dá)系統(tǒng)，通過特定波長的光激活或抑制目標(biāo)基因的表達(dá)。例如，2023年德國馬克斯·普朗克研究所的一項(xiàng)研究中，研究人員利用紅光/遠(yuǎn)紅光可逆系統(tǒng)調(diào)控植物根系發(fā)育，實(shí)現(xiàn)了對植物生長方向的精確控制。農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用前景：這項(xiàng)技術(shù)有望應(yīng)用于溫室栽培和垂直農(nóng)場中，通過遠(yuǎn)程光控手段調(diào)節(jié)作物生長周期、提高產(chǎn)量和品質(zhì)。相比傳統(tǒng)化學(xué)調(diào)控方式，光控技術(shù)更加環(huán)保、高效，且具有高度時(shí)空特異性，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的需求。課堂練習(xí)第1題【題文】為研究紅光、遠(yuǎn)紅光及赤霉素對萵苣種子萌發(fā)的影響，研究小組在黑暗條件下進(jìn)行萵苣種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。相關(guān)敘述正確的是（）A．萵苣種子吸收紅光中的光能使赤霉素含量增加，促進(jìn)種子的萌發(fā)B．若用紅光→遠(yuǎn)紅光交替處理，萵苣種子萌發(fā)率比單獨(dú)紅光處理低C．本實(shí)驗(yàn)條件下萵苣種子對赤霉素的反應(yīng)比對紅光的反應(yīng)更為敏感D．植物細(xì)胞的光敏色素主要感受紅光、遠(yuǎn)紅光和藍(lán)光等光信號刺激【答案】B第2題【題文】“草長鶯飛”“春華秋實(shí)”，處處體現(xiàn)出激素調(diào)節(jié)的重要性。下列說法正確的是（

）A．春回大地，萬物萌動，種子吸水后赤霉素和脫落酸含量升高，利于種子萌發(fā)B．陽春三月，山花爛漫，長日照使植物光敏色素結(jié)構(gòu)改變，催化開花相關(guān)激素的合成C．農(nóng)歷二月，日照延長，鳥類分泌激素促進(jìn)性腺發(fā)育，該過程由神經(jīng)和體液共同調(diào)節(jié)D．金秋八月，碩果累累，植物果實(shí)中乙烯和生長素合成增多，促進(jìn)果實(shí)成熟【答案】C第3題【題文】激素的產(chǎn)生和分布是基因表達(dá)和調(diào)控的結(jié)果，也受到環(huán)境因素的影響。下列相關(guān)生物學(xué)觀點(diǎn)與對應(yīng)證據(jù)敘述正確的是（）選項(xiàng)生物學(xué)觀點(diǎn)證據(jù)A環(huán)境因素調(diào)控基因表達(dá)光敏色素被激活，把吸收紅光和遠(yuǎn)紅光后的能量經(jīng)過轉(zhuǎn)導(dǎo)后傳遞到細(xì)胞核內(nèi)，影響特定基因的表達(dá)B環(huán)境因素調(diào)控激素分布平衡石細(xì)胞中的“淀粉體”沿著重力方向沉降，引起生長素從形態(tài)學(xué)上端運(yùn)輸?shù)叫螒B(tài)學(xué)下端C基因表達(dá)調(diào)控激素產(chǎn)生編碼生長素的基因在特定條件下表達(dá)，直接控制生長素的合成D激素影響基因表達(dá)生長素與細(xì)胞膜內(nèi)受體特異性結(jié)合引發(fā)一系列信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，進(jìn)而誘導(dǎo)特定基因的表達(dá)A．AB．BC．CD．D【答案】D板書設(shè)計(jì)植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)一、光的調(diào)節(jié)光信號調(diào)控植物生長發(fā)育全過程，光敏色素感受光信號影響基因表達(dá)。二、溫度調(diào)節(jié)影響生命活動，如年輪、春化作用，決定植物分布。三、重力調(diào)節(jié)影響根向地、莖背地生長。四、整體調(diào)控基因、激素、環(huán)境因素共同作用。教學(xué)反思本節(jié)課通過光、溫度、重力三組環(huán)境因素對植物生長發(fā)育的調(diào)控展開教學(xué)，采用資料分析、問題討論和示意圖解析相結(jié)合的方式，引導(dǎo)學(xué)生理解光敏色素的作用機(jī)制、溫度對年輪形成和開花的影響、重力引起向性生長的原理。教學(xué)設(shè)計(jì)注重科學(xué)探究與概念建構(gòu)，通過"淀粉平衡石