資源簡介

4.1.5 根的結構和功能 學案
【學習目標】
1.通過閱讀根的種類，構建根系的知識框架。（生命觀念，科學思維）
2.通過探究根長長的主要部位，了解根的生長過程，并能概述根尖的基本結構和各部分的主要功能，認同“結構與功能相適應”的生命觀念。（生命觀念，科學思維）
3.通過閱讀科學史，推理植物的生長需要根從土壤中吸收營養物質；通過分析無土栽培的優點和總結根的功能，提升學生關注農業，科技興農的意識。（科學思維，態度責任）
4. 通過設計“探究氮、磷、鉀無機鹽對植物生長的作用”的實驗，掌握科學探究的流程。（科學思維，探究實踐）
【學習過程】
板塊一 根的種類
任務一 閱讀課本26頁，構建兩種根系的知識框架。
要求：請用“根系，直根系，須根系，主根，側根，不定根”來構建知識點之間的框架。
[跟蹤訓練]
1.(目標1)菠菜是常見農作物，其根系的特點有（ ）
①主根長而粗 ②主根不發達 ③側根短而細 ④由不定根組成
A.①④ B.②③ C.①③ D.②④
2.(目標1)由圖判斷，菠菜的根系屬于_______________
板塊二 根的生長
任務二 探究根長長的主要部位
生物興趣小組在課前兩天對生根的黃豆芽進行分組標記，仔細觀看視頻，回答下列問題：
1.本實驗的對照組____________，實驗組___________；變量是________________
2.本實驗是如何控制變量單一的？
_____________________________________________________________________________
3.請同學們觀看豆芽根兩天后的生長情況，用尺子測量橫線間距和根的總長度，完成下面表格。
組別 測量角度 初始長度 兩天后長度
實驗組 長度
間隔變化
對照組 長度
間隔變化
4.通過本實驗得出的實驗結論是_________________________________________________________。
任務三：根長長的原因
1.請同學們分析根尖的結構圖，推理根尖各區域的功能，闡述理由并連線。
2.總結根長長的主要原因是____________________________________________________________。
板塊三 根的吸收
任務四 根吸收的營養物質
1.探究根從土壤中吸收的物質。
分析范·海爾蒙特和伍德沃德兩位科學家的實驗，以及對土壤溶液的蒸發處理分析根從土壤中吸收的營養物質有哪些？
2.農業生產中經常用到的無機鹽有氮、磷、鉀，請同學們閱讀課本29頁，劃出其對植物相對應的作用，并進行快速記憶。
無機鹽 功能
氮 促進細胞的分裂和生長，使枝葉繁茂。
磷 促進幼苗的發育和花的開放，使果實、種子提早成熟。
鉀 使莖稈健壯，促進淀粉的形成與運輸。
3.小組合作，在辦公室培養一棵綠植所用的營養液應注意哪些事項（從根吸收營養的角度進行分析）？將無土栽培應用到農業生產中并分析無土栽培的優點。
板塊四 驗證性實驗的設計
任務五 設計驗證實驗，探究氮、磷、鉀對植物生長的影響。
提供的材料器具：生理狀況相同的帶根綠植若干枝，完全培養液，缺氮的完全營養液，缺磷的完全營養液，缺鉀的完全營養液，錐形瓶。請設計實驗探究氮、磷、鉀對植物生長的影響。(提示：1.對照實驗的設計。2.控制單一變量。3.重復實驗原則。)
步驟一.______________________________________________________________________
步驟二.______________________________________________________________________
步驟三.______________________________________________________________________
【自我反思】
這節課的學習中，你收獲了什么？請用思維導圖的形式總結在下面。
【達標檢測】
1.(目標2)洋蔥被稱為“蔬菜皇后”，其營養豐富，對癌癥、心血管疾病等有預防作用，如圖為洋蔥根尖的結構及部分生理過程，下列敘述中錯誤的是（ ）
A．a區表皮細胞形成根毛，擴大了吸收面積
B．幼根的生長主要依賴于a區和b區
C．c區屬于分生組織，細胞能進行①過程
D．②表示分化過程，它使細胞的形態結構發生變化，各自具有不同功能，從而形成組織
2.(目標3)無土栽培具有產量高、不受季節限制、節約水肥、清潔無污染等優點。無土栽培依據的原理是（ ）
A．土壤對植物的生長并沒有作用 B．植物的根吸收的只是水分和無機鹽
C．植物吸收的并不是土壤中的無機鹽 D．植物的根只吸收水和氨、磷、鉀三種無機鹽
3.(目標4)為探究含氮、磷、鉀的無機鹽對玉米幼苗生長狀況的影響，某生物興趣小組設計了如下實驗。下列敘述錯誤的是（ ）
組別 甲組 乙組 丙組 丁組
無機鹽類型 適量含氮、磷、鉀的無機鹽 適量含氮、磷的無機鹽 適量含氮、鉀無機鹽 適量含①的無機鹽
實驗現象 葉片正常 葉片異常 葉片異常 葉片異常
A. ①處應填“磷、鉀”，該實驗共有3組對照實驗
B. 探究過程中，往往需要進行重復實驗，目的是提高實驗數據的準確性
C. 為探究含磷的無機鹽對玉米幼苗的影響，應選用甲、乙兩組進行對照實驗
D. 根據以上實驗可得出的結論是：該植物的生長需要含氮、磷、鉀的無機鹽
【視野拓展】
19世紀中葉，德國科學家Van Leibig建立了礦質營養理論的雛形，奠定了現代無土栽培技術的理論基礎。Sachs和Knop在1860年前后成功地在營養液中種植植物，建立了沿用至今的用礦質營養液培養植物的方法，并逐步演變成現代的無土栽培技術。1929年，美國的Gericke進行了大規規模的無土栽培研究，用營養液種出了高達7.5m的番茄，單株收果實14kg。20世紀40年代，無土栽培作為一種新的栽培方法，陸續用于農業生產。1955年，在荷蘭舉行的第14界國際園藝會議期間，一些無土栽培研究者發起成立了國際無土栽培組（簡稱IWOSC），1980年改稱為無土栽培學會（簡稱ISOSC）。
我國無土栽培的研究和生產應用始于20世紀70年代，主要是水稻無土育秧，蔬菜作物無土育苗。1980年全國成立了蔬菜工廠化育苗協作組，除研究無土育苗外，還進行了保護地無土栽培技術研究。2016年中科院植物研究所和福建三安集團建立起世界最大面積的全人工光植物工廠中科三安植物工廠，實現了無土栽培蔬菜生產的大規模產業化應用。
無土栽培的類型和方法很多，按照其固定方式，大至分為無基質栽培和基質栽培兩大類。
（一）無基質栽培
無基質栽培的特點是，栽培作物沒有固定根系的基質，根系直接與營養液接觸。無基質栽培又分為水培和霧培兩種。
1.水培（hydroponics）：水培是指不借助基質固定根系，使植物根系直接與營養液接觸的栽培方法。主要包括深液流水培（deep flow technique, DFT）、營養液膜栽培（nutrient film technique, NFT）和浮板毛管栽培（floating capillary hydroponics, FCH）。(如右圖)
2.霧培（aeroponics）：霧培又稱氣培或氣霧培，是利用過濾處理后的營養液在壓力作用下通過霧化噴霧裝置，將營養液霧化為細小液滴，直接噴射到植物根系以提供植物生長所需的水分和養分的一種無土栽培技術。氣霧培是所有無土栽培技術中根系的水氣矛盾解決得最好的一種形式，能使作物產量成倍增長，也易于自動化控制和進行立體栽培，提高溫室空間的利用率。但它對裝置的要求極高，大大限制了它的推廣利用。
（二）基質栽培
基質培養的特點是栽培作物的根系有基質固定。它是將作物的根系固定在有機或無機的基質中，有機的基質有泥炭、稻殼、樹皮等，無機的如蛭石、珍珠巖、巖棉、陶粒、沙礫、海綿土等都可作為支持介質，通過滴灌或細流灌溉的方法，供給作物營養液。基質栽培在大多數情況下，水、肥、氣三者協調，供應充分，設備投資較低，便于就地取材，生產性能優良而穩定；缺點是基質體積較大，填充、消毒及重復利用時的殘根處理，費時費工，困難較大。
無土栽培經典營養液
1．霍格蘭氏（Hoagland’s）水培營養液：霍格蘭氏水培營養液是1933年Hoagland與他的研究伙伴經過大量的對比試驗后發表的，這是最原始但依然還在沿用的一種經典配方。
2．斯泰納（Steiner）營養液：斯泰納營養液通過營養元素之間的化學平衡性來最終確定配方中各種營養元素的比例和濃度，在國際上使用較多，適合于一般作物的無土栽培。
3．日本園試通用營養液：日本園試通用營養液由日本興津園藝試驗場開發提出，適用于多種蔬菜作物，故稱之為通用配方。
人們在這些經典配方的基礎上，利用更先進更科學的技術手段，優化出許多更適合不同植物生長的營養液配方，并大規模應用于生產，取得了更好的經濟效益。
同學們，通過閱讀以上資料，你對無土栽培有什么新發現？談談你的觀點。

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