高三生物教案：《植物的矿质营养学案1》教学设计

　　植物的矿质营养

　　【学习目标】

　　1．知道植物的矿质元素及其种类。

　　2．知道植物对矿质元素吸收和利用的特点。

　　3．知道合理施肥的基础知识。

　　【学习障碍】

　　1．理解障碍

　　(1)如何理解矿质元素吸收的原理？

　　(2)如何理解矿质元素的利用及其利用的特点？

　　(3)如何理解矿质元素的吸收与水分的吸收是两个相对独立的过程？

　　(4)如何理解影响根对矿质元素吸收的外界因素？

　　2．解题障碍

　　(1)解矿质元素的吸收与其他生理活动的关系及综合应用的题。

　　(2)解矿质元素利用的题。

　　【学习策略】

　　1．理解障碍的突破

　　(1)用“迁移法”理解矿质元素吸收的原理。

　　植物吸收矿质元素的主要部位是根尖的根毛区，从细胞水平上看，主要是一个矿质元素如何进入根毛区的表皮细胞的问题，即涉及到物质进出细胞的方式。由于矿质元素通常是以离子的形式被吸收的，因此，矿质元素的吸收主要是一个主动运输的过程。联系前面所学的“主动运输”知识并将其迁移过来知道，主动运输矿质元素离子到根细胞内，需要存在于细胞膜上的专一性的运载矿质元素离子的载体的同时，还要消耗细胞通过新陈代谢所提供的能量，如上图所示。所以应重点从图中①、②两个方面来理解。①有关载体蛋白。由于细胞膜上不同的载体蛋白运载不同的矿质元素离子，因而植物从营养环境中吸收矿质元素时，还具有选择吸收的性质，即植物体能否吸收这种矿质元素取决于细胞膜上载体的种类，吸收多少取决于细胞膜上载体的数量，运载某种元素的载体多，吸收某种元素就多；反之，这种元素吸收也就少。也就是说植物吸收各种元素的数量与各种元素存在于环境中的数量是不成比例的。因而不同植物对同一种矿质元素吸收的情况不同，同一种植物对不同矿质元素的吸收量也不同。此外，据初步分析研究，根对矿质元素吸收的选择性，还与元素进入植物体后的利用情况有关系，这与后面将要学到的矿质元素的利用相联系，应做好知识迁移的准备。②代谢能。由于吸收过程需要消耗能量，联系前面所学的有关能量知识并迁移过来可知，ATP是生命活动的直接能源物质，而产生ATP所需的能量主要靠细胞质中线粒体的有氧呼吸提供，有氧呼吸是一种生理活动，除了需要O2外还必须有细胞呼吸的酶参与，因而O2的浓度和影响酶活性的因素即温度等都将影响到矿质元素的吸收，即矿质元素的吸收受O2浓度与温度的影响。这部分知识与后面将要学到的细胞呼吸相联系，应做好知识迁移的准备。

　　(2)用“并列比较法”理解矿质元素的利用及其利用的特点。

　　各种矿质元素被植物体吸收以后，随着水分的运输而到达植物体的各个组织器官中。有些矿质元素是作为植物体的组成成分，有些是作为调节植物体生理功能的，也有些是兼备这两种作用的。

　　矿质元素的利用取决于矿质元素在植物体内的存在形式。矿质元素离子在植物体内主要有三种形式存在，第一是以离子形式存在，如K＋；第二是形成不稳定的化合物，如N、P、Mg等；第三是形成稳定的化合物，如Fe、Ca等。其中第一、第二种形式在植物体中可以转移,再度被利用。转移时通常从代谢弱的地方转移到代谢强的部位，因此这类元素在植物体内大多数分布于分生区和嫩叶等代谢较旺盛的部分。第三种情况，Fe、Ca在植物体内不能转移，也就不能再被利用。这类元素往往在越老的器官中含量越多。不能转移的元素，植物体一旦缺乏，生理病症都表现在新叶(嫩叶)。用并列比较法列表归纳如下：

　　

　　(3)用“并列比较法”理解根吸收矿质元素和吸收水分是两个相对独立的过程。

　　根对矿质元素的吸收和对水分的吸收既有区别又有联系。

　　区别是：第一，矿质元素与水分进入根细胞的方式不同。水分是通过自由扩散进入细胞，矿质元素离子是通过主动运输进入细胞。第二，吸收的动力不同，吸收水分的动力是蒸腾拉力和根细胞与环境之间的浓度差而产生的根压(主要是蒸腾拉力)；吸收矿质元素离子的动力主要是根细胞呼吸产生的ATP，由ATP释放能量供载体做功。第三，吸收数量与外界浓度的关系不同。根细胞吸收矿质元素离子需要水做溶剂，则两者吸收数量理应成比例，但根对矿质元素的吸收量与土壤溶液中矿质离子的数量一般不成比例，即根对矿质元素的吸收具有选择性。

　　联系是：第一，矿质元素的吸收要溶于水，随水进入根细胞内部。第二，矿质元素在植物内的运输是随着水分的运输到达植物体的各部分，其运输的动力主要都是蒸腾拉力。第三，矿质元素被根细胞吸收后，又会影响细胞内外溶液的浓度，从而影响根对水分的渗透吸收。

　　综上所述，根吸收矿质元素离子和吸收水分是两个相对独立的过程。

　　(4)用“层析综合法”理解影响根对矿质元素吸收的外界因素。

　　根从土壤里吸收矿质元素的多少和快慢受下列因素制约：

　　①水分和O2：根系吸收矿质元素离子，主要靠细胞呼吸供应能量。如果O2供应不足，影响根系发育和呼吸，从而影响对矿质元素的吸收，无论陆生还是水生植物都不例外。

　　土壤里的水分也影响植物对养分的吸收和利用。矿质元素离子必须溶解在水里才被吸收。土壤干旱时施肥的效果差，因此可以增加或降低土壤的含水量，促进或控制植物吸收养分，来促进或控制植物的生长。此外，施肥不当，如矿质元素离子浓度过高，植物根部细胞大量失水，发生质壁分离，造成“烧苗”现象。

　　②土壤温度：土壤温度对矿质元素的吸收也有显著的影响。如果土温低，根系生长缓慢，就会降低根的有效吸收面积；土温低，呼吸强度弱，供能少主动吸收慢；土温低，微生物活动弱，有机物分解也慢。因此。在一定温度范围内增高土温有利于根吸收矿质元素。

　　③土壤的酸碱度：酸碱度直接影响根细胞原生质膜对矿质元素的吸收。土壤酸碱度还能改变土壤里矿质元素的溶解度。土壤过酸或过碱，都不利于作物吸收矿质元素。栽培作物和溶液培养时，应考虑外界溶液的酸碱度。这样能调节作物对矿质元素的吸收和正常生长。

　　2．解题障碍的突破

　　(1)用“迁移法”和“类比分析法”解矿质元素的吸收与其他生理活动的关系及综合应用的题。

　　①矿质元素的吸收与细胞呼吸及载体关系的综合题

　　根对矿质元素离子的吸收是一个主动运输的过程，从植物体本身来说，这必然与根的细胞呼吸和根细胞膜上的载体蛋白质的种类和数量有关。细胞呼吸越强，释放能量越多，吸收矿质元素的离子就越快越多；某种载体多，吸收这种载体所运载的矿质元素的离子就多。细胞呼吸增强到一定程度时，对矿质元素离子的吸收要受载体蛋白质数量的限制。

　　[例1]下图是胡萝卜在不同含氧情况下从溴化钾溶液中吸收Br－的坐标曲线，请根据图回答：

　　(1)Br－进入细胞的方式是________________________。

　　(2)细胞对矿质元素的吸收除与____________密切相关外，还与_____________的多少有关。

　　解析：用“迁移法”和“类比分析法”解。植物吸收矿质元素的主要部位是在根毛区，矿质元素的吸收与根毛细胞有关。根毛细胞吸收矿质离子的方式是遵循细胞的物质运输方式，细胞的物质运输方式在第二章中已经学习过，因此在分析植物吸收矿质离子的方式时，可迁移运用已学过的知识，从浓度梯度、载体、能量消耗这几个方面进行讨论。O2浓度与有氧呼吸有关，耗氧越多，细胞呼吸产生的能量越多。从上图中可见，当氧含量为0%时，胡萝卜的根毛细胞不吸收Br－，随着氧含量的增加，吸收的Br－越来越多，说明Br－不能以自由扩散的方式进入根毛细胞，根毛细胞吸收Br－是需要消耗细胞呼吸所释放的能量，因此Br－进入细胞的方式为主动运输。当氧含量由20．8%提高到43．4%，Br－吸收量增加不多的原因是，主动运输不仅需要消耗能量，而且需要细胞膜上的载体协助，由于载体数量有限，因此限制了Br－的吸收。由此可以得出这样一个结论：当氧供应充足时，限制主动运输的是载体的数量；而氧供应不足时，限制主动运输进行的是能量的供应，所以，当土壤通气状况不良时，植物根部对矿质离子的吸收就会受到阻碍。

　　答案：(1)主动运输  (2)氧含量  载体数量

　　②关于植物矿质代谢与水分代谢关系的题

　　[例2]一般情况下，植物在阳光下吸水速率大于在暗处的吸水速率，但吸收矿质离子的速率却不受影响，其原因是

　　A．植物吸收水分与吸收矿质离子的时间不同

　　B．植物吸收水分与吸收矿质离子的过程是两个各自独立，无任何联系的过程

　　C．植物吸收水分与吸收矿质离子的过程是两个相互联系，又各自独立的过程

　　D．植物吸收水分的部位与吸收矿质离子的部位不同

　　解析：用“迁移法”和“类比分析法”解。矿质元素一定要溶于水中才能被植物吸收，植物吸收矿质离子后引起水势下降，能够促进植物对水分的吸收，植物吸收水分和矿质离子的部位都在植物根部的根毛区，所以植物吸收水分与吸收矿质离子的过程是两个相互联系的过程；但是根毛细胞吸收矿质离子的方式，主要是主动运输，这与水分进出细胞的方式完全不同，因此植物吸收水分与吸收矿质离子的过程是两个相对独立的过程。

　　答案：C

　　③关于植物矿质代谢与光合作用关系的题

　　[例3]写出三种与光合作用有关的矿质元素符号及它们在光合作用中的作用。

　　元素：_________作用________________________________；

　　元素：_________作用________________________________；

　　元素：_________作用________________________________。

　　解析：用“迁移法”和“类比分析法”解。此题要求分析与光合作用有关的矿质元素，首先要分析试题中所包含的知识点：矿质元素的概念、光合作用中起重要作用的物质以及这些物质中所包含的矿质元素。由于是矿质元素，所以C、H、O要除外，然后要联系光合作用过程，分析在这个过程中需要哪些重要的化合物，这些化合物中含有哪些重要的矿质元素。光合作用中需要叶绿素吸收光能，需要多种酶参加，在光合作用过程中光反应产生ATP和[H]供暗反应需要。叶绿素中含有的一种重要的矿质元素Mg；ATP中含有P元素；酶几乎都是蛋白质，含有N、S等矿质元素。

　　答案：Mg  叶绿素的成分  P  形成ATP需要P  N  叶绿素和各种酶的成分(只答酶的成分不扣分)此外，与光合作用有关的矿质元素还有S、Fe、Cu、Mn、K、Cl等，只要回答出来，写出相应的作用都可以给分。

　　点评：此题的常见错误是将C、H、O归属于矿质元素而导致错误，还有考虑到了N和P，但认为N是细胞膜中蛋白质的成分，P是磷脂的成分，磷脂是细胞膜的主要成分，这些矿质元素的作用必须与光合作用密切相关。从此题可以看出，在学习过程中要将前后知识联系起来，并且要将所学的知识与实际结合起来。答案不是唯一的，可以尽可能地进行思维发散，培养创新思维能力。

　　(2)用“类比分析法”解矿质元素利用的题。

　　[例4]某一绿化树种春季叶色正常，夏季幼叶出现缺绿现象，检测发现是土壤中缺乏一种矿质元素所致，经叶面喷施此矿质元素，树木生长很快恢复正常。这种矿质元素是

　　A．N   B．Mg   C．Fe   D．C

　　解析：用“淘汰法”(排除法)解。有关此类方法的解释见“第二章学习四，细胞核的结构和功能”中的说明。C、H、O显然不属于矿质元素，应该排除D。Mg是构成叶绿素分子的关键元素，N对植物生长也起着十分重要的作用，但缺绿的是幼叶，说明土壤中缺少的是一次性利用的元素，因为虽然老叶中含有这种元素，但这种元素形成了稳定的不易分解的化合物，这样就不能转移到幼叶再利用。如Fe、Ca、S都是形成稳定化合物而被一次性利用的元素，其余的以离子(如K＋)或不稳定化合物形式存在，均为可多次利用的元素，因为老叶含有这些元素，现在幼叶缺少了这种元素，那么这些元素能够转移到幼叶部位重新利用或合成新的化合物。答案：C

　　点评：植物体内营养物质相对缺乏时，遵循“优先供给生长中心”的原则。所谓“生长中心”，是指植物体幼嫩的、生长最为旺盛的部位。如发现生长中心因缺乏矿质元素而生长受阻，则可推测缺少的是一次性利用的元素(即因形成难溶化合物而无法转移)。

　　【同步达纲练习】

　　1．10月份以后，随着气温转低，大白菜的呼吸强度变弱，结果大白菜的新叶和老叶中钙的成分含量将是

　　A．幼叶大于老叶   B．一样多   C．老叶大于幼叶   D．无法判断

　　2．植物细胞对NH的吸收较困难，对NO的吸收较容易，是因为

　　A．细胞膜上两种离子载体的数量不同      B．细胞中NH和NO的数量不同

　　C．细胞呼吸提供的能量不同              D．土壤溶液中NH和NO的数量不同

　　3．对绿色植物自身来说，制约其吸收矿质元素离子的因素有

　　①根细胞呼吸的强弱  ②根细胞内细胞液的浓度  ③植物的蒸腾作用  ④物种自身的遗传性

　　A．①②   B．②③   C．③④   D．①④

　　4．植物的矿质代谢对光合作用有所影响，请回答出某一种矿质元素在叶绿体的构成和光合作用中的作用：

　　A．________________________________________________________________。

　　B．________________________________________________________________。

　　C．________________________________________________________________。

　　5．一般情况下，下列哪项不会呈现下图所示的变化

　　A．叶绿素的含量   B．Mg2＋的含量    C．Ca2＋的含量   D．单位时间内光合作用生产量

　　参考答案【同步达纲练习】

　　1．解析：用“迁移法”来解。大白菜对矿质离子的吸收是一个主动运输的过程，需要细胞呼吸提供能量，温度降低，细胞呼吸减弱，Ca吸收量减少。Ca是不能再利用的元素。缺少时新叶含量降低。答案：C

　　2．解析：用“成因法”来解。植物对矿质离子的吸收具有选择性，其原因是与细胞膜上载体种类的多少有关，某种载体多，吸收这种载体所运载的离子就多；反之就少。答案：A

　　3．解析：用“成因法”来解。答案：D

　　4．解析：用“迁移法”来解。植物体吸收的矿质元素对光合作用影响比较多的应属于大量的矿质元素，其中我们比较了解的N、P等，可以任意选其一，如P。答案：A．磷是叶绿体双层膜和基粒的构成成分  B．磷是ATP的成分，ATP在能量转换中起重要作用  C．磷是叶绿体DNA的构成成分，磷在光合作用物质转化中起重要作用

　　5．解析：用“迁移法”和“类比分析法”解。此题以叶片年龄作为共性的参照因素，综合考查了植物对矿质元素的利用特征、光合作用与叶绿素的关系。镁是叶绿素的成分等基础知识，体现了生物学科内知识综合的命题思想，要求我们综合运用所学的生物学知识多角度、多层次地解决实际问题。本题可根据Ca2＋的利用特点，Ca2＋被植物某部位利用即成为稳定化合物，因而不能移动，其含量相对稳定，不会随叶片年龄变迁而变化，故应选C。

　　答案：C