资源简介

4.1.5 根的结构和功能 学案
【学习目标】
1.通过阅读根的种类，构建根系的知识框架。（生命观念，科学思维）
2.通过探究根长长的主要部位，了解根的生长过程，并能概述根尖的基本结构和各部分的主要功能，认同“结构与功能相适应”的生命观念。（生命观念，科学思维）
3.通过阅读科学史，推理植物的生长需要根从土壤中吸收营养物质；通过分析无土栽培的优点和总结根的功能，提升学生关注农业，科技兴农的意识。（科学思维，态度责任）
4. 通过设计“探究氮、磷、钾无机盐对植物生长的作用”的实验，掌握科学探究的流程。（科学思维，探究实践）
【学习过程】
板块一 根的种类
任务一 阅读课本26页，构建两种根系的知识框架。
要求：请用“根系，直根系，须根系，主根，侧根，不定根”来构建知识点之间的框架。
[跟踪训练]
1.(目标1)菠菜是常见农作物，其根系的特点有（ ）
①主根长而粗 ②主根不发达 ③侧根短而细 ④由不定根组成
A.①④ B.②③ C.①③ D.②④
2.(目标1)由图判断，菠菜的根系属于_______________
板块二 根的生长
任务二 探究根长长的主要部位
生物兴趣小组在课前两天对生根的黄豆芽进行分组标记，仔细观看视频，回答下列问题：
1.本实验的对照组____________，实验组___________；变量是________________
2.本实验是如何控制变量单一的？
_____________________________________________________________________________
3.请同学们观看豆芽根两天后的生长情况，用尺子测量横线间距和根的总长度，完成下面表格。
组别 测量角度 初始长度 两天后长度
实验组 长度
间隔变化
对照组 长度
间隔变化
4.通过本实验得出的实验结论是_________________________________________________________。
任务三：根长长的原因
1.请同学们分析根尖的结构图，推理根尖各区域的功能，阐述理由并连线。
2.总结根长长的主要原因是____________________________________________________________。
板块三 根的吸收
任务四 根吸收的营养物质
1.探究根从土壤中吸收的物质。
分析范·海尔蒙特和伍德沃德两位科学家的实验，以及对土壤溶液的蒸发处理分析根从土壤中吸收的营养物质有哪些？
2.农业生产中经常用到的无机盐有氮、磷、钾，请同学们阅读课本29页，划出其对植物相对应的作用，并进行快速记忆。
无机盐 功能
氮 促进细胞的分裂和生长，使枝叶繁茂。
磷 促进幼苗的发育和花的开放，使果实、种子提早成熟。
钾 使茎秆健壮，促进淀粉的形成与运输。
3.小组合作，在办公室培养一棵绿植所用的营养液应注意哪些事项（从根吸收营养的角度进行分析）？将无土栽培应用到农业生产中并分析无土栽培的优点。
板块四 验证性实验的设计
任务五 设计验证实验，探究氮、磷、钾对植物生长的影响。
提供的材料器具：生理状况相同的带根绿植若干枝，完全培养液，缺氮的完全营养液，缺磷的完全营养液，缺钾的完全营养液，锥形瓶。请设计实验探究氮、磷、钾对植物生长的影响。(提示：1.对照实验的设计。2.控制单一变量。3.重复实验原则。)
步骤一.______________________________________________________________________
步骤二.______________________________________________________________________
步骤三.______________________________________________________________________
【自我反思】
这节课的学习中，你收获了什么？请用思维导图的形式总结在下面。
【达标检测】
1.(目标2)洋葱被称为“蔬菜皇后”，其营养丰富，对癌症、心血管疾病等有预防作用，如图为洋葱根尖的结构及部分生理过程，下列叙述中错误的是（ ）
A．a区表皮细胞形成根毛，扩大了吸收面积
B．幼根的生长主要依赖于a区和b区
C．c区属于分生组织，细胞能进行①过程
D．②表示分化过程，它使细胞的形态结构发生变化，各自具有不同功能，从而形成组织
2.(目标3)无土栽培具有产量高、不受季节限制、节约水肥、清洁无污染等优点。无土栽培依据的原理是（ ）
A．土壤对植物的生长并没有作用 B．植物的根吸收的只是水分和无机盐
C．植物吸收的并不是土壤中的无机盐 D．植物的根只吸收水和氨、磷、钾三种无机盐
3.(目标4)为探究含氮、磷、钾的无机盐对玉米幼苗生长状况的影响，某生物兴趣小组设计了如下实验。下列叙述错误的是（ ）
组别 甲组 乙组 丙组 丁组
无机盐类型 适量含氮、磷、钾的无机盐 适量含氮、磷的无机盐 适量含氮、钾无机盐 适量含①的无机盐
实验现象 叶片正常 叶片异常 叶片异常 叶片异常
A. ①处应填“磷、钾”，该实验共有3组对照实验
B. 探究过程中，往往需要进行重复实验，目的是提高实验数据的准确性
C. 为探究含磷的无机盐对玉米幼苗的影响，应选用甲、乙两组进行对照实验
D. 根据以上实验可得出的结论是：该植物的生长需要含氮、磷、钾的无机盐
【视野拓展】
19世纪中叶，德国科学家Van Leibig建立了矿质营养理论的雏形，奠定了现代无土栽培技术的理论基础。Sachs和Knop在1860年前后成功地在营养液中种植植物，建立了沿用至今的用矿质营养液培养植物的方法，并逐步演变成现代的无土栽培技术。1929年，美国的Gericke进行了大规规模的无土栽培研究，用营养液种出了高达7.5m的番茄，单株收果实14kg。20世纪40年代，无土栽培作为一种新的栽培方法，陆续用于农业生产。1955年，在荷兰举行的第14界国际园艺会议期间，一些无土栽培研究者发起成立了国际无土栽培组（简称IWOSC），1980年改称为无土栽培学会（简称ISOSC）。
我国无土栽培的研究和生产应用始于20世纪70年代，主要是水稻无土育秧，蔬菜作物无土育苗。1980年全国成立了蔬菜工厂化育苗协作组，除研究无土育苗外，还进行了保护地无土栽培技术研究。2016年中科院植物研究所和福建三安集团建立起世界最大面积的全人工光植物工厂中科三安植物工厂，实现了无土栽培蔬菜生产的大规模产业化应用。
无土栽培的类型和方法很多，按照其固定方式，大至分为无基质栽培和基质栽培两大类。
（一）无基质栽培
无基质栽培的特点是，栽培作物没有固定根系的基质，根系直接与营养液接触。无基质栽培又分为水培和雾培两种。
1.水培（hydroponics）：水培是指不借助基质固定根系，使植物根系直接与营养液接触的栽培方法。主要包括深液流水培（deep flow technique, DFT）、营养液膜栽培（nutrient film technique, NFT）和浮板毛管栽培（floating capillary hydroponics, FCH）。(如右图)
2.雾培（aeroponics）：雾培又称气培或气雾培，是利用过滤处理后的营养液在压力作用下通过雾化喷雾装置，将营养液雾化为细小液滴，直接喷射到植物根系以提供植物生长所需的水分和养分的一种无土栽培技术。气雾培是所有无土栽培技术中根系的水气矛盾解决得最好的一种形式，能使作物产量成倍增长，也易于自动化控制和进行立体栽培，提高温室空间的利用率。但它对装置的要求极高，大大限制了它的推广利用。
（二）基质栽培
基质培养的特点是栽培作物的根系有基质固定。它是将作物的根系固定在有机或无机的基质中，有机的基质有泥炭、稻壳、树皮等，无机的如蛭石、珍珠岩、岩棉、陶粒、沙砾、海绵土等都可作为支持介质，通过滴灌或细流灌溉的方法，供给作物营养液。基质栽培在大多数情况下，水、肥、气三者协调，供应充分，设备投资较低，便于就地取材，生产性能优良而稳定；缺点是基质体积较大，填充、消毒及重复利用时的残根处理，费时费工，困难较大。
无土栽培经典营养液
1．霍格兰氏（Hoagland’s）水培营养液：霍格兰氏水培营养液是1933年Hoagland与他的研究伙伴经过大量的对比试验后发表的，这是最原始但依然还在沿用的一种经典配方。
2．斯泰纳（Steiner）营养液：斯泰纳营养液通过营养元素之间的化学平衡性来最终确定配方中各种营养元素的比例和浓度，在国际上使用较多，适合于一般作物的无土栽培。
3．日本园试通用营养液：日本园试通用营养液由日本兴津园艺试验场开发提出，适用于多种蔬菜作物，故称之为通用配方。
人们在这些经典配方的基础上，利用更先进更科学的技术手段，优化出许多更适合不同植物生长的营养液配方，并大规模应用于生产，取得了更好的经济效益。
同学们，通过阅读以上资料，你对无土栽培有什么新发现？谈谈你的观点。

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