高三生物教案：《植物的礦質(zhì)營養(yǎng)學(xué)案1》教學(xué)設(shè)計(jì)

　　植物的礦質(zhì)營養(yǎng)

　　【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

　　1．知道植物的礦質(zhì)元素及其種類。

　　2．知道植物對礦質(zhì)元素吸收和利用的特點(diǎn)。

　　3．知道合理施肥的基礎(chǔ)知識。

　　【學(xué)習(xí)障礙】

　　1．理解障礙

　　(1)如何理解礦質(zhì)元素吸收的原理？

　　(2)如何理解礦質(zhì)元素的利用及其利用的特點(diǎn)？

　　(3)如何理解礦質(zhì)元素的吸收與水分的吸收是兩個相對獨(dú)立的過程？

　　(4)如何理解影響根對礦質(zhì)元素吸收的外界因素？

　　2．解題障礙

　　(1)解礦質(zhì)元素的吸收與其他生理活動的關(guān)系及綜合應(yīng)用的題。

　　(2)解礦質(zhì)元素利用的題。

　　【學(xué)習(xí)策略】

　　1．理解障礙的突破

　　(1)用“遷移法”理解礦質(zhì)元素吸收的原理。

　　植物吸收礦質(zhì)元素的主要部位是根尖的根毛區(qū)，從細(xì)胞水平上看，主要是一個礦質(zhì)元素如何進(jìn)入根毛區(qū)的表皮細(xì)胞的問題，即涉及到物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式。由于礦質(zhì)元素通常是以離子的形式被吸收的，因此，礦質(zhì)元素的吸收主要是一個主動運(yùn)輸?shù)倪^程。聯(lián)系前面所學(xué)的“主動運(yùn)輸”知識并將其遷移過來知道，主動運(yùn)輸?shù)V質(zhì)元素離子到根細(xì)胞內(nèi)，需要存在于細(xì)胞膜上的專一性的運(yùn)載礦質(zhì)元素離子的載體的同時，還要消耗細(xì)胞通過新陳代謝所提供的能量，如上圖所示。所以應(yīng)重點(diǎn)從圖中①、②兩個方面來理解。①有關(guān)載體蛋白。由于細(xì)胞膜上不同的載體蛋白運(yùn)載不同的礦質(zhì)元素離子，因而植物從營養(yǎng)環(huán)境中吸收礦質(zhì)元素時，還具有選擇吸收的性質(zhì)，即植物體能否吸收這種礦質(zhì)元素取決于細(xì)胞膜上載體的種類，吸收多少取決于細(xì)胞膜上載體的數(shù)量，運(yùn)載某種元素的載體多，吸收某種元素就多；反之，這種元素吸收也就少。也就是說植物吸收各種元素的數(shù)量與各種元素存在于環(huán)境中的數(shù)量是不成比例的。因而不同植物對同一種礦質(zhì)元素吸收的情況不同，同一種植物對不同礦質(zhì)元素的吸收量也不同。此外，據(jù)初步分析研究，根對礦質(zhì)元素吸收的選擇性，還與元素進(jìn)入植物體后的利用情況有關(guān)系，這與后面將要學(xué)到的礦質(zhì)元素的利用相聯(lián)系，應(yīng)做好知識遷移的準(zhǔn)備。②代謝能。由于吸收過程需要消耗能量，聯(lián)系前面所學(xué)的有關(guān)能量知識并遷移過來可知，ATP是生命活動的直接能源物質(zhì)，而產(chǎn)生ATP所需的能量主要靠細(xì)胞質(zhì)中線粒體的有氧呼吸提供，有氧呼吸是一種生理活動，除了需要O2外還必須有細(xì)胞呼吸的酶參與，因而O2的濃度和影響酶活性的因素即溫度等都將影響到礦質(zhì)元素的吸收，即礦質(zhì)元素的吸收受O2濃度與溫度的影響。這部分知識與后面將要學(xué)到的細(xì)胞呼吸相聯(lián)系，應(yīng)做好知識遷移的準(zhǔn)備。

　　(2)用“并列比較法”理解礦質(zhì)元素的利用及其利用的特點(diǎn)。

　　各種礦質(zhì)元素被植物體吸收以后，隨著水分的運(yùn)輸而到達(dá)植物體的各個組織器官中。有些礦質(zhì)元素是作為植物體的組成成分，有些是作為調(diào)節(jié)植物體生理功能的，也有些是兼?zhèn)溥@兩種作用的。

　　礦質(zhì)元素的利用取決于礦質(zhì)元素在植物體內(nèi)的存在形式。礦質(zhì)元素離子在植物體內(nèi)主要有三種形式存在，第一是以離子形式存在，如K＋；第二是形成不穩(wěn)定的化合物，如N、P、Mg等；第三是形成穩(wěn)定的化合物，如Fe、Ca等。其中第一、第二種形式在植物體中可以轉(zhuǎn)移,再度被利用。轉(zhuǎn)移時通常從代謝弱的地方轉(zhuǎn)移到代謝強(qiáng)的部位，因此這類元素在植物體內(nèi)大多數(shù)分布于分生區(qū)和嫩葉等代謝較旺盛的部分。第三種情況，F(xiàn)e、Ca在植物體內(nèi)不能轉(zhuǎn)移，也就不能再被利用。這類元素往往在越老的器官中含量越多。不能轉(zhuǎn)移的元素，植物體一旦缺乏，生理病癥都表現(xiàn)在新葉(嫩葉)。用并列比較法列表歸納如下：

　　

　　(3)用“并列比較法”理解根吸收礦質(zhì)元素和吸收水分是兩個相對獨(dú)立的過程。

　　根對礦質(zhì)元素的吸收和對水分的吸收既有區(qū)別又有聯(lián)系。

　　區(qū)別是：第一，礦質(zhì)元素與水分進(jìn)入根細(xì)胞的方式不同。水分是通過自由擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞，礦質(zhì)元素離子是通過主動運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞。第二，吸收的動力不同，吸收水分的動力是蒸騰拉力和根細(xì)胞與環(huán)境之間的濃度差而產(chǎn)生的根壓(主要是蒸騰拉力)；吸收礦質(zhì)元素離子的動力主要是根細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的ATP，由ATP釋放能量供載體做功。第三，吸收數(shù)量與外界濃度的關(guān)系不同。根細(xì)胞吸收礦質(zhì)元素離子需要水做溶劑，則兩者吸收數(shù)量理應(yīng)成比例，但根對礦質(zhì)元素的吸收量與土壤溶液中礦質(zhì)離子的數(shù)量一般不成比例，即根對礦質(zhì)元素的吸收具有選擇性。

　　聯(lián)系是：第一，礦質(zhì)元素的吸收要溶于水，隨水進(jìn)入根細(xì)胞內(nèi)部。第二，礦質(zhì)元素在植物內(nèi)的運(yùn)輸是隨著水分的運(yùn)輸?shù)竭_(dá)植物體的各部分，其運(yùn)輸?shù)膭恿χ饕�都是蒸騰拉力。第三，礦質(zhì)元素被根細(xì)胞吸收后，又會影響細(xì)胞內(nèi)外溶液的濃度，從而影響根對水分的滲透吸收。

　　綜上所述，根吸收礦質(zhì)元素離子和吸收水分是兩個相對獨(dú)立的過程。

　　(4)用“層析綜合法”理解影響根對礦質(zhì)元素吸收的外界因素。

　　根從土壤里吸收礦質(zhì)元素的多少和快慢受下列因素制約：

　�、偎�分和O2：根系吸收礦質(zhì)元素離子，主要靠細(xì)胞呼吸供應(yīng)能量。如果O2供應(yīng)不足，影響根系發(fā)育和呼吸，從而影響對礦質(zhì)元素的吸收，無論陸生還是水生植物都不例外。

　　土壤里的水分也影響植物對養(yǎng)分的吸收和利用。礦質(zhì)元素離子必須溶解在水里才被吸收。土壤干旱時施肥的效果差，因此可以增加或降低土壤的含水量，促進(jìn)或控制植物吸收養(yǎng)分，來促進(jìn)或控制植物的生長。此外，施肥不當(dāng)，如礦質(zhì)元素離子濃度過高，植物根部細(xì)胞大量失水，發(fā)生質(zhì)壁分離，造成“燒苗”現(xiàn)象。

　�、谕寥罍囟龋和寥罍囟葘ΦV質(zhì)元素的吸收也有顯著的影響。如果土溫低，根系生長緩慢，就會降低根的有效吸收面積；土溫低，呼吸強(qiáng)度弱，供能少主動吸收慢；土溫低，微生物活動弱，有機(jī)物分解也慢。因此。在一定溫度范圍內(nèi)增高土溫有利于根吸收礦質(zhì)元素。

　�、弁寥赖乃釅A度：酸堿度直接影響根細(xì)胞原生質(zhì)膜對礦質(zhì)元素的吸收。土壤酸堿度還能改變土壤里礦質(zhì)元素的溶解度。土壤過酸或過堿，都不利于作物吸收礦質(zhì)元素。栽培作物和溶液培養(yǎng)時，應(yīng)考慮外界溶液的酸堿度。這樣能調(diào)節(jié)作物對礦質(zhì)元素的吸收和正常生長。

　　2．解題障礙的突破

　　(1)用“遷移法”和“類比分析法”解礦質(zhì)元素的吸收與其他生理活動的關(guān)系及綜合應(yīng)用的題。

　�、俚V質(zhì)元素的吸收與細(xì)胞呼吸及載體關(guān)系的綜合題

　　根對礦質(zhì)元素離子的吸收是一個主動運(yùn)輸?shù)倪^程，從植物體本身來說，這必然與根的細(xì)胞呼吸和根細(xì)胞膜上的載體蛋白質(zhì)的種類和數(shù)量有關(guān)。細(xì)胞呼吸越強(qiáng)，釋放能量越多，吸收礦質(zhì)元素的離子就越快越多；某種載體多，吸收這種載體所運(yùn)載的礦質(zhì)元素的離子就多。細(xì)胞呼吸增強(qiáng)到一定程度時，對礦質(zhì)元素離子的吸收要受載體蛋白質(zhì)數(shù)量的限制。

　　[例1]下圖是胡蘿卜在不同含氧情況下從溴化鉀溶液中吸收Br－的坐標(biāo)曲線，請根據(jù)圖回答：

　　(1)Br－進(jìn)入細(xì)胞的方式是________________________。

　　(2)細(xì)胞對礦質(zhì)元素的吸收除與____________密切相關(guān)外，還與_____________的多少有關(guān)。

　　解析：用“遷移法”和“類比分析法”解。植物吸收礦質(zhì)元素的主要部位是在根毛區(qū)，礦質(zhì)元素的吸收與根毛細(xì)胞有關(guān)。根毛細(xì)胞吸收礦質(zhì)離子的方式是遵循細(xì)胞的物質(zhì)運(yùn)輸方式，細(xì)胞的物質(zhì)運(yùn)輸方式在第二章中已經(jīng)學(xué)習(xí)過，因此在分析植物吸收礦質(zhì)離子的方式時，可遷移運(yùn)用已學(xué)過的知識，從濃度梯度、載體、能量消耗這幾個方面進(jìn)行討論。O2濃度與有氧呼吸有關(guān)，耗氧越多，細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的能量越多。從上圖中可見，當(dāng)氧含量為0%時，胡蘿卜的根毛細(xì)胞不吸收Br－，隨著氧含量的增加，吸收的Br－越來越多，說明Br－不能以自由擴(kuò)散的方式進(jìn)入根毛細(xì)胞，根毛細(xì)胞吸收Br－是需要消耗細(xì)胞呼吸所釋放的能量，因此Br－進(jìn)入細(xì)胞的方式為主動運(yùn)輸。當(dāng)氧含量由20．8%提高到43．4%，Br－吸收量增加不多的原因是，主動運(yùn)輸不僅需要消耗能量，而且需要細(xì)胞膜上的載體協(xié)助，由于載體數(shù)量有限，因此限制了Br－的吸收。由此可以得出這樣一個結(jié)論：當(dāng)氧供應(yīng)充足時，限制主動運(yùn)輸?shù)氖禽d體的數(shù)量；而氧供應(yīng)不足時，限制主動運(yùn)輸進(jìn)行的是能量的供應(yīng)，所以，當(dāng)土壤通氣狀況不良時，植物根部對礦質(zhì)離子的吸收就會受到阻礙。

　　答案：(1)主動運(yùn)輸  (2)氧含量  載體數(shù)量

　　②關(guān)于植物礦質(zhì)代謝與水分代謝關(guān)系的題

　　[例2]一般情況下，植物在陽光下吸水速率大于在暗處的吸水速率，但吸收礦質(zhì)離子的速率卻不受影響，其原因是

　　A．植物吸收水分與吸收礦質(zhì)離子的時間不同

　　B．植物吸收水分與吸收礦質(zhì)離子的過程是兩個各自獨(dú)立，無任何聯(lián)系的過程

　　C．植物吸收水分與吸收礦質(zhì)離子的過程是兩個相互聯(lián)系，又各自獨(dú)立的過程

　　D．植物吸收水分的部位與吸收礦質(zhì)離子的部位不同

　　解析：用“遷移法”和“類比分析法”解。礦質(zhì)元素一定要溶于水中才能被植物吸收，植物吸收礦質(zhì)離子后引起水勢下降，能夠促進(jìn)植物對水分的吸收，植物吸收水分和礦質(zhì)離子的部位都在植物根部的根毛區(qū)，所以植物吸收水分與吸收礦質(zhì)離子的過程是兩個相互聯(lián)系的過程；但是根毛細(xì)胞吸收礦質(zhì)離子的方式，主要是主動運(yùn)輸，這與水分進(jìn)出細(xì)胞的方式完全不同，因此植物吸收水分與吸收礦質(zhì)離子的過程是兩個相對獨(dú)立的過程。

　　答案：C

　�、坳P(guān)于植物礦質(zhì)代謝與光合作用關(guān)系的題

　　[例3]寫出三種與光合作用有關(guān)的礦質(zhì)元素符號及它們在光合作用中的作用。

　　元素：_________作用________________________________；

　　元素：_________作用________________________________；

　　元素：_________作用________________________________。

　　解析：用“遷移法”和“類比分析法”解。此題要求分析與光合作用有關(guān)的礦質(zhì)元素，首先要分析試題中所包含的知識點(diǎn)：礦質(zhì)元素的概念、光合作用中起重要作用的物質(zhì)以及這些物質(zhì)中所包含的礦質(zhì)元素。由于是礦質(zhì)元素，所以C、H、O要除外，然后要聯(lián)系光合作用過程，分析在這個過程中需要哪些重要的化合物，這些化合物中含有哪些重要的礦質(zhì)元素。光合作用中需要葉綠素吸收光能，需要多種酶參加，在光合作用過程中光反應(yīng)產(chǎn)生ATP和[H]供暗反應(yīng)需要。葉綠素中含有的一種重要的礦質(zhì)元素Mg；ATP中含有P元素；酶幾乎都是蛋白質(zhì)，含有N、S等礦質(zhì)元素。

　　答案：Mg  葉綠素的成分  P  形成ATP需要P  N  葉綠素和各種酶的成分(只答酶的成分不扣分)此外，與光合作用有關(guān)的礦質(zhì)元素還有S、Fe、Cu、Mn、K、Cl等，只要回答出來，寫出相應(yīng)的作用都可以給分。

　　點(diǎn)評：此題的常見錯誤是將C、H、O歸屬于礦質(zhì)元素而導(dǎo)致錯誤，還有考慮到了N和P，但認(rèn)為N是細(xì)胞膜中蛋白質(zhì)的成分，P是磷脂的成分，磷脂是細(xì)胞膜的主要成分，這些礦質(zhì)元素的作用必須與光合作用密切相關(guān)。從此題可以看出，在學(xué)習(xí)過程中要將前后知識聯(lián)系起來，并且要將所學(xué)的知識與實(shí)際結(jié)合起來。答案不是唯一的，可以盡可能地進(jìn)行思維發(fā)散，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。

　　(2)用“類比分析法”解礦質(zhì)元素利用的題。

　　[例4]某一綠化樹種春季葉色正常，夏季幼葉出現(xiàn)缺綠現(xiàn)象，檢測發(fā)現(xiàn)是土壤中缺乏一種礦質(zhì)元素所致，經(jīng)葉面噴施此礦質(zhì)元素，樹木生長很快恢復(fù)正常。這種礦質(zhì)元素是

　　A．N   B．Mg   C．Fe   D．C

　　解析：用“淘汰法”(排除法)解。有關(guān)此類方法的解釋見“第二章學(xué)習(xí)四，細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能”中的說明。C、H、O顯然不屬于礦質(zhì)元素，應(yīng)該排除D。Mg是構(gòu)成葉綠素分子的關(guān)鍵元素，N對植物生長也起著十分重要的作用，但缺綠的是幼葉，說明土壤中缺少的是一次性利用的元素，因?yàn)殡m然老葉中含有這種元素，但這種元素形成了穩(wěn)定的不易分解的化合物，這樣就不能轉(zhuǎn)移到幼葉再利用。如Fe、Ca、S都是形成穩(wěn)定化合物而被一次性利用的元素，其余的以離子(如K＋)或不穩(wěn)定化合物形式存在，均為可多次利用的元素，因?yàn)槔先~含有這些元素，現(xiàn)在幼葉缺少了這種元素，那么這些元素能夠轉(zhuǎn)移到幼葉部位重新利用或合成新的化合物。答案：C

　　點(diǎn)評：植物體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)相對缺乏時，遵循“優(yōu)先供給生長中心”的原則。所謂“生長中心”，是指植物體幼嫩的、生長最為旺盛的部位。如發(fā)現(xiàn)生長中心因缺乏礦質(zhì)元素而生長受阻，則可推測缺少的是一次性利用的元素(即因形成難溶化合物而無法轉(zhuǎn)移)。

　　【同步達(dá)綱練習(xí)】

　　1．10月份以后，隨著氣溫轉(zhuǎn)低，大白菜的呼吸強(qiáng)度變?nèi)�，結(jié)果大白菜的新葉和老葉中鈣的成分含量將是

　　A．幼葉大于老葉   B．一樣多   C．老葉大于幼葉   D．無法判斷

　　2．植物細(xì)胞對NH的吸收較困難，對NO的吸收較容易，是因?yàn)?br />
　　A．細(xì)胞膜上兩種離子載體的數(shù)量不同      B．細(xì)胞中NH和NO的數(shù)量不同

　　C．細(xì)胞呼吸提供的能量不同              D．土壤溶液中NH和NO的數(shù)量不同

　　3．對綠色植物自身來說，制約其吸收礦質(zhì)元素離子的因素有

　　①根細(xì)胞呼吸的強(qiáng)弱  ②根細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞液的濃度  ③植物的蒸騰作用  ④物種自身的遺傳性

　　A．①②   B．②③   C．③④   D．①④

　　4．植物的礦質(zhì)代謝對光合作用有所影響，請回答出某一種礦質(zhì)元素在葉綠體的構(gòu)成和光合作用中的作用：

　　A．________________________________________________________________。

　　B．________________________________________________________________。

　　C．________________________________________________________________。

　　5．一般情況下，下列哪項(xiàng)不會呈現(xiàn)下圖所示的變化

　　A．葉綠素的含量   B．Mg2＋的含量    C．Ca2＋的含量   D．單位時間內(nèi)光合作用生產(chǎn)量

　　參考答案【同步達(dá)綱練習(xí)】

　　1．解析：用“遷移法”來解。大白菜對礦質(zhì)離子的吸收是一個主動運(yùn)輸?shù)倪^程，需要細(xì)胞呼吸提供能量，溫度降低，細(xì)胞呼吸減弱，Ca吸收量減少。Ca是不能再利用的元素。缺少時新葉含量降低。答案：C

　　2．解析：用“成因法”來解。植物對礦質(zhì)離子的吸收具有選擇性，其原因是與細(xì)胞膜上載體種類的多少有關(guān)，某種載體多，吸收這種載體所運(yùn)載的離子就多；反之就少。答案：A

　　3．解析：用“成因法”來解。答案：D

　　4．解析：用“遷移法”來解。植物體吸收的礦質(zhì)元素對光合作用影響比較多的應(yīng)屬于大量的礦質(zhì)元素，其中我們比較了解的N、P等，可以任意選其一，如P。答案：A．磷是葉綠體雙層膜和基粒的構(gòu)成成分  B．磷是ATP的成分，ATP在能量轉(zhuǎn)換中起重要作用  C．磷是葉綠體DNA的構(gòu)成成分，磷在光合作用物質(zhì)轉(zhuǎn)化中起重要作用

　　5．解析：用“遷移法”和“類比分析法”解。此題以葉片年齡作為共性的參照因素，綜合考查了植物對礦質(zhì)元素的利用特征、光合作用與葉綠素的關(guān)系。鎂是葉綠素的成分等基礎(chǔ)知識，體現(xiàn)了生物學(xué)科內(nèi)知識綜合的命題思想，要求我們綜合運(yùn)用所學(xué)的生物學(xué)知識多角度、多層次地解決實(shí)際問題。本題可根據(jù)Ca2＋的利用特點(diǎn)，Ca2＋被植物某部位利用即成為穩(wěn)定化合物，因而不能移動，其含量相對穩(wěn)定，不會隨葉片年齡變遷而變化，故應(yīng)選C。

　　答案：C