高三生物教案：《植物的礦質營養(yǎng)學案1》教學設計

　　植物的礦質營養(yǎng)

　　【學習目標】

　　1．知道植物的礦質元素及其種類。

　　2．知道植物對礦質元素吸收和利用的特點。

　　3．知道合理施肥的基礎知識。

　　【學習障礙】

　　1．理解障礙

　　(1)如何理解礦質元素吸收的原理？

　　(2)如何理解礦質元素的利用及其利用的特點？

　　(3)如何理解礦質元素的吸收與水分的吸收是兩個相對獨立的過程？

　　(4)如何理解影響根對礦質元素吸收的外界因素？

　　2．解題障礙

　　(1)解礦質元素的吸收與其他生理活動的關系及綜合應用的題。

　　(2)解礦質元素利用的題。

　　【學習策略】

　　1．理解障礙的突破

　　(1)用“遷移法”理解礦質元素吸收的原理。

　　植物吸收礦質元素的主要部位是根尖的根毛區(qū)，從細胞水平上看，主要是一個礦質元素如何進入根毛區(qū)的表皮細胞的問題，即涉及到物質進出細胞的方式。由于礦質元素通常是以離子的形式被吸收的，因此，礦質元素的吸收主要是一個主動運輸?shù)倪^程。聯(lián)系前面所學的“主動運輸”知識并將其遷移過來知道，主動運輸?shù)V質元素離子到根細胞內，需要存在于細胞膜上的專一性的運載礦質元素離子的載體的同時，還要消耗細胞通過新陳代謝所提供的能量，如上圖所示。所以應重點從圖中①、②兩個方面來理解。①有關載體蛋白。由于細胞膜上不同的載體蛋白運載不同的礦質元素離子，因而植物從營養(yǎng)環(huán)境中吸收礦質元素時，還具有選擇吸收的性質，即植物體能否吸收這種礦質元素取決于細胞膜上載體的種類，吸收多少取決于細胞膜上載體的數(shù)量，運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元素吸收的情況不同，同一種植物對不同礦質元素的吸收量也不同。此外，據(jù)初步分析研究，根對礦質元素吸收的選擇性，還與元素進入植物體后的利用情況有關系，這與后面將要學到的礦質元素的利用相聯(lián)系，應做好知識遷移的準備。②代謝能。由于吸收過程需要消耗能量，聯(lián)系前面所學的有關能量知識并遷移過來可知，ATP是生命活動的直接能源物質，而產(chǎn)生ATP所需的能量主要靠細胞質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元素的吸收，即礦質元素的吸收受O2濃度與溫度的影響。這部分知識與后面將要學到的細胞呼吸相聯(lián)系，應做好知識遷移的準備。

　　(2)用“并列比較法”理解礦質元素的利用及其利用的特點。

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

　　礦質元素的利用取決于礦質元素在植物體內的存在形式。礦質元素離子在植物體內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移,再度被利用。轉移時通常從代謝弱的地方轉移到代謝強的部位，因此這類元素在植物體內大多數(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在植物體內不能轉移，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”理解根吸收礦質元素和吸收水分是兩個相對獨立的過程。

　　根對礦質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，礦質元素與水分進入根細胞的方式不同。水分是通過自由擴散進入細胞，礦質元素離子是通過主動運輸進入細胞。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)；吸收礦質元素離子的動力主要是根細胞呼吸產(chǎn)生的ATP，由ATP釋放能量供載體做功。第三，吸收數(shù)量與外界濃度的關系不同。根細胞吸收礦質元素離子需要水做溶劑，則兩者吸收數(shù)量理應成比例，但根對礦質元素的吸收量與土壤溶液中礦質離子的數(shù)量一般不成比例，即根對礦質元素的吸收具有選擇性。

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

　　綜上所述，根吸收礦質元素離子和吸收水分是兩個相對獨立的過程。

　　(4)用“層析綜合法”理解影響根對礦質元素吸收的外界因素。

　　根從土壤里吸收礦質元素的多少和快慢受下列因素制約：

　�、偎�分和O2：根系吸收礦質元素離子，主要靠細胞呼吸供應能量。如果O2供應不足，影響根系發(fā)育和呼吸，從而影響對礦質元素的吸收，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，促進或控制植物吸收養(yǎng)分，來促進或控制植物的生長。此外，施肥不當，如礦質元素離子濃度過高，植物根部細胞大量失水，發(fā)生質壁分離，造成“燒苗”現(xiàn)象。

　�、谕寥罍囟龋和寥罍囟葘ΦV質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，呼吸強度弱，供能少主動吸收慢；土溫低，微生物活動弱，有機物分解也慢。因此。在一定溫度范圍內增高土溫有利于根吸收礦質元素。

　�、弁寥赖乃釅A度：酸堿度直接影響根細胞原生質膜對礦質元素的吸收。土壤酸堿度還能改變土壤里礦質元素的溶解度。土壤過酸或過堿，都不利于作物吸收礦質元素。栽培作物和溶液培養(yǎng)時，應考慮外界溶液的酸堿度。這樣能調節(jié)作物對礦質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”解礦質元素的吸收與其他生理活動的關系及綜合應用的題。

　�、俚V質元素的吸收與細胞呼吸及載體關系的綜合題

　　根對礦質元素離子的吸收是一個主動運輸?shù)倪^程，從植物體本身來說，這必然與根的細胞呼吸和根細胞膜上的載體蛋白質的種類和數(shù)量有關。細胞呼吸越強，釋放能量越多，吸收礦質元素的離子就越快越多；某種載體多，吸收這種載體所運載的礦質元素的離子就多。細胞呼吸增強到一定程度時，對礦質元素離子的吸收要受載體蛋白質數(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－的坐標曲線，請根據(jù)圖回答：

　　(1)Br－進入細胞的方式是________________________。

　　(2)細胞對礦質元素的吸收除與____________密切相關外，還與_____________的多少有關。

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

　　答案：(1)主動運輸  (2)氧含量  載體數(shù)量

　�、陉P于植物礦質代謝與水分代謝關系的題

　　[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離子的時間不同

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

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

　　D．植物吸收水分的部位與吸收礦質離子的部位不同

　　解析：用“遷移法”和“類比分析法”解。礦質元素一定要溶于水中才能被植物吸收，植物吸收礦質離子后引起水勢下降，能夠促進植物對水分的吸收，植物吸收水分和礦質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離子的過程是兩個相互聯(lián)系的過程；但是根毛細胞吸收礦質離子的方式，主要是主動運輸，這與水分進出細胞的方式完全不同，因此植物吸收水分與吸收礦質離子的過程是兩個相對獨立的過程。

　　答案：C

　�、坳P于植物礦質代謝與光合作用關系的題

　　[例3]寫出三種與光合作用有關的礦質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的礦質元素，首先要分析試題中所包含的知識點：礦質元素的概念、光合作用中起重要作用的物質以及這些物質中所包含的礦質元素。由于是礦質元素，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產(chǎn)生ATP和[H]供暗反應需要。葉綠素中含有的一種重要的礦質元素Mg；ATP中含有P元素；酶幾乎都是蛋白質，含有N、S等礦質元素。

　　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，與光合作用有關的礦質元素還有S、Fe、Cu、Mn、K、Cl等，只要回答出來，寫出相應的作用都可以給分。

　　點評：此題的常見錯誤是將C、H、O歸屬于礦質元素而導致錯誤，還有考慮到了N和P，但認為N是細胞膜中蛋白質的成分，P是磷脂的成分，磷脂是細胞膜的主要成分，這些礦質元素的作用必須與光合作用密切相關。從此題可以看出，在學習過程中要將前后知識聯(lián)系起來，并且要將所學的知識與實際結合起來。答案不是唯一的，可以盡可能地進行思維發(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元素所致，經(jīng)葉面噴施此礦質元素，樹木生長很快恢復正常。這種礦質元素是

　　A．N   B．Mg   C．Fe   D．C

　　解析：用“淘汰法”(排除法)解。有關此類方法的解釋見“第二章學習四，細胞核的結構和功能”中的說明。C、H、O顯然不屬于礦質元素，應該排除D。Mg是構成葉綠素分子的關鍵元素，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，因為雖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，因為老葉含有這些元素，現(xiàn)在幼葉缺少了這種元素，那么這些元素能夠轉移到幼葉部位重新利用或合成新的化合物。答案：C

　　點評：植物體內營養(yǎng)物質相對缺乏時，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移)。

　　【同步達綱練習】

　　1．10月份以后，隨著氣溫轉低，大白菜的呼吸強度變弱，結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．植物細胞對NH的吸收較困難，對NO的吸收較容易，是因為

　　A．細胞膜上兩種離子載體的數(shù)量不同      B．細胞中NH和NO的數(shù)量不同

　　C．細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，制約其吸收礦質元素離子的因素有

　�、俑�細胞呼吸的強弱  ②根細胞內細胞液的濃度  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．植物的礦質代謝對光合作用有所影響，請回答出某一種礦質元素在葉綠體的構成和光合作用中的作用：

　　A．________________________________________________________________。

　　B．________________________________________________________________。

　　C．________________________________________________________________。

　　5．一般情況下，下列哪項不會呈現(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．單位時間內光合作用生產(chǎn)量

　　參考答案【同步達綱練習】

　　1．解析：用“遷移法”來解。大白菜對礦質離子的吸收是一個主動運輸?shù)倪^程，需要細胞呼吸提供能量，溫度降低，細胞呼吸減弱，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。植物對礦質離子的吸收具有選擇性，其原因是與細胞膜上載體種類的多少有關，某種載體多，吸收這種載體所運載的離子就多；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。植物體吸收的礦質元素對光合作用影響比較多的應屬于大量的礦質元素，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成成分  B．磷是ATP的成分，ATP在能量轉換中起重要作用  C．磷是葉綠體DNA的構成成分，磷在光合作用物質轉化中起重要作用

　　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元素的利用特征、光合作用與葉綠素的關系。鎂是葉綠素的成分等基礎知識，體現(xiàn)了生物學科內知識綜合的命題思想，要求我們綜合運用所學的生物學知識多角度、多層次地解決實際問題。本題可根據(jù)Ca2＋的利用特點，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，故應選C。

　　答案：C