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第五节 植物的矿质营养
一、素质教育目标
(一)知识教学点
1.了解
(1)植物需要的元素(大量元素、微量元素)。
(2)矿质元素的概念。
(3)矿质元素的作用。
(4)植物对离子的选择吸收。
(5)矿质元素的运输途径。
(6)矿质元素的利用。
2.理解
(1)根吸收矿质元素的过程。
(2)根吸收矿质元素离子与呼吸作用的关系。
(二)能力训练点
通过实验培养实验操作能力及对实验现象的观察能力。
(三)德育渗透点
1.通过根细胞的呼吸作用和它对矿质元素吸收的两个生理过程的联系以及矿质元素在植物体中存在形式和利用情况的对应关系,树立联系与统一的辩证观点。
2.通过实验培养学生认真严谨的科学态度。
(四)学科方法训练点
1.通过对照实验培养科学实验、科学思维方法。
2.理论联系实际的学习方法。
二、教学重点、难点、疑点及解决办法
1.重点:根对矿质元素的吸收过程。
2.难点:土壤溶液中离子和根表皮细胞表面离子的交换吸附过程。
3.疑点:根对矿质元素的吸收过程与根对水分的吸收是相对独立的过程。
4.解决办法
(1)利用投影或计算机辅助教学显示有关内容,帮助学生理解知识的前后联系,更好地学习新知识。
(2)通过实验进一步加深对知识的理解。
三、课时安排
1课时。
四、教学方法
教师讲述,学生阅读、实验、讨论相结合。
五、教具准备
1.课件准备
课时目标(文字),构成细胞的化合物(文字)、植物所需要的元素(文字)、正常状况下的大豆与缺N、缺P、缺K等状态下大豆生长状况的比较(彩图)、离子交换吸附过程(图解),对比实验的观察结果(表格)、矿质元素的利用(表格)。
2.实验准备
洋葱的根、小烧杯、剪刀、镊子、蒸馏水、亚甲基蓝的质量浓度为0.1mg/ml的CaCl2溶液。(学生每两人一组,每组四条洋葱根,一套上述仪器和药品。)
六、学生活动设计
1.观察电教媒体显示的内容,了解有关知识。
2.动手操作实验,并与教师操作对照,规范各操作要领。
3.阅读教材,理解有关知识。
4.完成课堂练习,讨论教师提出问题,并解决问题。
七、教学步骤
(一)明确目标
投影:显示本课时目标。
(二)重点、难点的学习与目标完成过程
1.了解植物生活需要的元素
绿色植物的矿质代谢包括矿质元素的吸收、运输和利用过程。什么是矿质元素呢?首先看看植物的组成和生活需要哪些元素。
投影:构成细胞的化合物(复习)
提 问:这些化合物都是由什么组成的?
学生回答:都是由化学元素组成的。
提 问:植物的生活需要哪些元素呢?
学生讨论:C.H、O、N、P……
植物体内含有60多种元素,其中生活必需的元素有16种。
投影:植物需要的元素:
C、H、O、N、S、P、K、Ca、Mg;
Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl。
根据这些元素在植物体内含量的多少,我们将其分为两大类:前九种含量较多称为大量元素,后七种称为微量元素。
投影:C、H、O、N、S、P、K、Ca、Mg——大量元素
Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl——微量元素
2.了解矿质元素的概念
矿质元素一般指除了C、H、O以外,主要由根系从土壤中吸收的元素。
注意强调C、H、O不是矿质元素,可结合分析组成细胞的各种化合物的化学元素中哪些是矿质元素,哪些不是矿质元素来强化这一点。
3.了解矿质元素的作用
投影:放大显示课本彩图五:正常的大豆与缺氮、缺磷、缺钾的大豆。
学生观察:与正常的大豆相比,缺氮的大豆植株矮小瘦弱,叶片颜色发黄;缺磷的大豆植珠特别矮小,叶色暗绿;缺钾的大豆茎杆软弱,老叶出现黄斑,然后逐渐焦枯。
可见,矿质元素对植物的生活是非常重要的,一旦缺乏某一种矿质元素,植物体就会表现出相应的病症。矿质元素有哪些作用呢?主要体现在两个方面:有些是组成植物体内的成分,有些则具有调节植物生命活动的功能。
4.理解根吸收矿质元素的过程
问:植物的根是如何吸收矿质元素的呢?是不是溶解在水中随水一起被吸收的呢?
(学生思考、讨论)
教师指出:各种矿质元素都是以离子状态被吸收的,这些离子有的存在于土壤溶液中,有的吸附在土壤颗粒上,但都能被根吸收。
教师分析:水与离子通过细胞膜的方式不同,根吸水时是不能把矿质元素的离子带进去的。这些离子先从土壤溶液中到达根细胞表面,再进入细胞内。让学生思考:如何到达根细胞表面?
通过板画、投影或CAI课件,分析:根细胞吸收土壤溶液中各种矿质元素的离子的过程,与根细胞的呼吸作用有密切的关系。根细胞呼吸作用产生CO2,CO2溶于水中生成H2CO3,它可以离解成H+和HCO3-。它们吸附在根细胞的细胞表面。土壤溶液中的矿质元素的离子如KNO3离解出的K+和NO3-可以分别与根细胞表面的H+和HCO3-发生交换,结果H+和HCO3-进入到土壤溶液中,而土壤溶液中的K+和NO3-就被吸附到根表皮细胞的细胞膜的表面上来。
师生共同归纳交换吸附的概念:根细胞所吸附的H+和HCO3-与土壤溶液中的阳离子和阴离子发生交换的过程,叫交换吸附。
注意强调H+与阳离子交换,HCO3-与阴离子交换。
教师问:实际情况是否是这样呢?
学生与教师对照同步完成实验:(每两个学生一组)教师在投影仪投影平台上操作,将课前准备好的4条洋葱的根从浸在蒸馏水中的表面皿中取出放在另一个玻璃皿中,滴几滴浓度为0.1mg/mL的亚甲基蓝的溶液,将根浸泡在其中。2分钟左右后,问学生观察到什么现象?学生发现根染成了蓝色。问:根为什么会染成蓝色?有学生会以为是沾上了亚甲基蓝溶液,因此可用蒸馏水洗掉根上的浮色并浸泡在蒸馏水中后再分析原因。
原来亚甲基蓝在水中会离解成蓝色的亚甲基蓝的阳离子和无色的氯离子,根细胞膜表面的H+就会与蓝色的亚甲基蓝的阳离子发生交换吸附,根就被染成蓝色。引导学生得出结论:根被染色是交换吸附的结果。
教师再在投影仪平台上演示,学生对照操作完成:将两条染成蓝色的根浸到盛有蒸馏水的小烧杯中,另两条浸泡到盛有等量CaCl2溶液的小烧杯中。
学生一边观察一边完成教材P287表格。可以发现,浸泡在CaCl2溶液中的根的颜色逐渐褪去,而浸泡在蒸馏水中的根的颜色不发生变化。教师引导学生共同分析原因。CaCl2在水中离解成Ca2+和Cl-,Ca2+会与吸附在根细胞表面的亚甲基蓝的阳离子发生交换吸附。因此,CaCl2溶液中的根的颜色逐渐褪去,而溶液逐渐变成蓝色。在蒸馏水中,由于不发生离子的交换吸附,根和溶液的颜色均不变。引导学生分析归纳:说明根的颜色褪去也是交换吸附的结果。
通过交换吸附,矿质元素的离子到达了根表皮细胞的细胞膜表面,但进入细胞内还有一个主动运输的过程。它需要消耗根细胞通过呼吸作用释放出的能量,也需要载体的协助。
5.理解根吸收矿质元素的离子与呼吸作用有密切的关系
师生共同分析:交换吸附和主动运输两个过程都与呼吸作用有密切关系。一方面呼吸作用产生CO2溶于水而形成H2CO3,离解成进行交换吸附的H+和HCO3<
/SUB>-;另一方面主动运输过程所需能量也是通过呼吸作用释放的。
教师顺便指出:由于交换吸附,根细胞附近的土壤溶液中的阳离子和阴离子减少,较远处的离子可以通过扩散作用移动过来。
6.了解植物对离子吸收的选择性
教师引导学生分析:主动运输过程需要载体的协助,根细胞膜上的载体种类和数量的多少与所吸收的矿质元素离子的种类和数量的多少有关,因此:根吸收矿质元素的离子具有选择性。
学生阅读教材P·58的例子加以领会。
7.了解矿质元素在植物体内的运输途径
通过交换吸附和主动运输吸收进入根表皮细胞的矿质元素的离子,再通过主动运输层层进入内层细胞,最后进入导管进行运输。进入导管后是随着水分一起运输的,运输到达植物体的各部分。
8.了解矿质元素的利用
投影:表格,边分析边填写
教师提出问题:将正常生长的幼苗分别移栽到缺P和Fe的土壤中,其首先表现缺乏症状的部位有什么不同?
学生讨论后,教师加以分析以巩固学生的理解。
(三)总结
矿质代谢包括矿质元素的吸收、运输和利用过程。矿质元素是以离子状态被吸收的,包括交换吸附和主动运输过程,它与水分的吸收过程是相对独立的。但却是随水分一起运输的,其利用情况与进入植物体后的存在状态有关。
(四)布置作业
课本P·60-P·61一、二。
(五)板书设计
(一)矿质元素的概念
1.植物需要的元素
2.矿质元素
(1)概念
(2)作用
(二)矿质元素的吸收
1.吸收状态;离子
2.吸收过程
(1)交换吸附
(2)主动运输
(三)矿质元素的运输
(四)矿质元素的利用
八、参考资料
1.植物生命活动所必需的营养物质 迄今为止,经过将近一个半世纪的研究,证明了有18种化学元素是植物生命活动所必需的营养物质,其中Cl和Na在20世纪50年代才被发现是植物必需的营养元素,80年代又确认了镍是植物必需的微量营养元素。
在植物体内已发现几乎含有化学元素周期表中自然存在的全部化学元素,它们来源于形成土壤的母质以及环境的污染。
在植物体内的化学元素基本可分为3类:
(1)必需元素,是植物生命活动必需的,这些化学元素组成了植物体,成为植物体的结构物质,或参与植物生命活动中的新陈代谢活动。
(2)有益元素,虽然是非必需元素,但对植物的某些生命活动有促进作用。
(3)有害元素,某些植物体能累积一些重金属元素,或由于工业污染使植物吸收了某些重金属元素对植物及人体起毒害作用。
2.微量元素在植物生活中的作用。目前为止在植物体内发现的微量元素有几十种,但必需的只有Fe、Zn、Cu、B、Mn、Mo、Cl七种,这些必需的微量元素在植物体内含量和需要量虽少,但对植物生命活动却有重大影响,甚至决定植物有机体的生与死。当土壤中微量元素供给不足时,植物便出现缺乏症状,而过多时又会发生中毒现象。
Fe,叶绿素的形成中需要Fe。植物含Fe低于50×10-6即为缺Fe,植物最常见的缺Fe症状是:幼叶失绿,导致生长受阻,严重时植株死亡。
Zn,参与植物生长素和蛋白质的合成。土壤含Zn低于20×10-6即为缺Zn,植物缺Zn的典型症状是:叶片明显变小,枝条顶端节间明显缩短,小叶丛生,出现矮化和小叶病。
Mn,与光合作用关系密切,能维持叶绿体结构的稳定性,在光合作用水裂解中也是必要的。植物含Mn量低于20×10-6,或土壤中活性Mn含量小于20×10-6时即表示缺Mn,其表现是:在幼叶或老叶上发生缺绿斑点。
Mo,与氮代谢密切相关。植物含Mo低于0.1×10-6即出现缺乏症状:植物生长受抑,植株矮小,叶片失绿变白最后凋枯。
Cu,是与光合作用有关的质体蓝素的组成成分,与叶啉的合成有关,并对其它色素的稳定性起重要作用。植物含Cu低于4×10-6即出现缺乏症状:幼苗叶尖变白,整个叶片窄小卷曲,顶端生长不良,节间生长受抑制,导致植株矮化丛生,果树缺Cu出现“顶死病”。
B,有利于糖通过细胞膜而促进植物体内糖的运转,还能促进花粉的萌发和花粉管的伸长。植物含B量低于15×10-6或土壤水溶性B少于0.3×10-6~0.5×10-6就可能缺B,其症状出现在幼嫩部位,顶端生长或伸长停止,呈莲座状,顶梢枯死,根呈粘滑肿大,根尖坏死,果实形成受阻。
Cl,是光合作用中水裂解释放氧不可缺少的,还能提高细胞的渗透压和植物组织的水合度。植物含Cl低于100×10-6即出现缺乏症状:叶尖或叶缘灼烧变成青铜色,成熟前黄化及叶片脱落。
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