高中生物学人教版必修1 分子与细胞(2019)-“光照对马铃薯块茎着生部位的影响”公开课

“光照对马铃薯块茎着生部位的影响”

课外科技探究活动

高中部聂常青

（本文被全国生物科学类核心期刊一一《生物学通报》2003年第十期发表，同

时被《中国学术期刊（光盘版）》、“中国期刊网”、《中文科技期刊数据库》收录,

并通过“万方数据数字化期刊群”进入了因特网）

论文摘要马铃薯块茎的着生部位受光的影响。在课外科技活动中，利用无土

栽培技术对马铃薯植株茎的基部和地上常态茎分别照光和遮光处理，对之进行了

探究和验证。

主题词马铃薯块茎光无土栽培营养液

生物兴趣小组是开展课外科技探究活动，培养学生研究性学习能力的很好形

式。借助这一组织形式，在活动课中我带领学生利用无土栽培技术开展了“光照

对马铃薯块茎着生部位的影响”的探究活动。

1教学内容分析

利用无土栽培技术，通过含全部必需矿质元素的溶液培养法，分别对马铃薯

的根和茎在照光和遮光条件下进行培养。这一探究活动过程与教材中的知识结合

点很多，几乎涵盖了高二教材的各章内容，如光对植物生理活动的影响；环境对

生物表现型的影响；生物的变异；植物的水分代谢一一吸收和散失（吐水现象）;

植物的矿质营养一一必需元素、大量元素、微量元素；矿质元素吸收与水分吸收

及呼吸作用的关系；营养生殖；细胞的分化以及植物生命活动的调节等。

2教学目标

2.1知识目标

加深对教材中相关知识的理解；初步学会无土栽培技术。

2.2情感目标

养成科学态度和合作精神以及勇于探索、不断创新的精神。

2.3能力目标

初步学会科学探究的一般方法，体会科学探究的一般过程，具有生物学实验

的基本操作技能，发展收集和处理信息的能力、分析和解决实际问题的能力以及

交流与合作能力。

3教学重点、难点

实验方案的设计；无土栽培营养液的配制及栽培管理。

4教学对象分析及时间安排

教学对象是高二参加生物科技活动小组的同学，他们基础知识较扎实，生物

学科兴趣浓厚。根据本地气候条件，活动安排在三月下旬前后，这时学生已学完

了教材前六章内容，基本具备了相关的生物学知识和实验操作技能。整个活动需

要三节自习课集中研究、讨论和交流，另需一定的课余时间查找资料和对实验进

行操作等等，整个实验的完成大约要持续两个月时间。

5教学思路的设计

提出问题：马铃薯的食用部分是变态的块茎，为什么它只能着生在土壤中，

而地上部分长不出这样的块茎呢？

-----学生思考讨论分析研究，教师启发点拔引导评价

做小假设：受光照影响

——学生讨论设计实验方案，号师启发点拔引导评价

、，装置设计—无土栽培一►营养液配制

验上假设：实施实验方案

1控制PH值、补液、换液、通气等

成果分析：学生对实验结果和实验过程进行自主的开放性评价

教师升华一一发展学生的创新思维活动，激发继续探究

6教学活动过程

6.1第一课时

6.1.1提出问题，做出假设

教师提出问题，由学生分析思考其原因：马铃薯的食用部分一一土豆是变

态的块茎，为什么它只能着生在土壤中，而地上部分只长常态茎却长不出这种变

态的块茎？由于此时学生尚未学习到生态因素的内容，难以回答出是受光照的影

响，有的学生说是由遗传因素决定的，有的说是受植物激素调节的结果。教师先

对学生的回答予以肯定的评价：遗传物质是生物进行各种生命活动、体现各种生

命现象的根本的决定因素，植物激素对植物的生命活动起着直接的调节作用，同

学们回答的都有道理，但我们今天不研究其内在原因，而是探讨一下这种现象受

外界环境中的什么因素影响。接着教师进一步启发：生长在农田中的土豆如果露

出土壤外会变绿，甚至长出新的绿色植株来，这是为什么？学生们经过分析讨论

很快形成两种观点；一方认为是由土壤决定的，另一方认为是由光照决定的。教

师组织双方辩论，分别阐述己方理由，驳斥对方观点，结果虽然双方均未能提出

有力证据证明己方和驳倒对方，但却有更多的同学支持“受光照影响”这一观点。

这时，教师向学生介绍科学探究的一般方法：发现问题一做出假设一验证假设一

得出结论。在教师的引导下，学生达成了基本一致的意见，做出了假设一一受光

照影响。

6.1.2设计实验方案

为了使学生解决问题能力和合作精神得到培养，把学生按座位每五、六人

分为一组，讨论设计验证假设的实验方案，教师只是起着组织、启发、引导和评

价的作用。同学们根据已确定的实验目的，很快把方案设计的关键集中在如下两

点：一是使马铃薯植株根部露于光下，看其是否长不出块茎；二是使马铃薯地上

植株局部遮光，看其能否长出块茎来。为此同学们很快确定了使用教材中介绍的

无土栽培技术；同时认为，要使植株的根部露于光下，不仅要使用透明容器培养,

而且不能使用砾石、岩棉或沙子等基质对根部固定和通气，只能采用水培法（溶

液培养法）通过支架对植株固定培养。由于根对矿质元素的吸收等生命活动要依

靠呼吸作用提供的能量，从而就把解决问题的关键转移到了如何满足根部呼吸作

用对氧气的需求上。最后同学们经过分析比较，从在培养液中养殖金鱼藻等水草、

经常性更换营养液和利用气泵通气三种方法中选择了后者。

在容器选择上，同学们依次淘汰了广口瓶、大烧杯、色拉油桶等，最后选

定了玻璃鱼缸，大小15-20升左右为宜；遮光材料从黑色塑料和黑布中选择了透

气又透水的黑布。装置设计如图1所示。

6.1.3布置课余作业

为了发展学生收集和处理信息能力，要求学生课余利用网络和图书馆等资

源查找无土栽培营养液配方，同时思考并解决以下问题：

D如果找不到马铃薯无土培养液专用配方，怎么办？

2）不同植物的营养液配方是否相同？其矿质元素的种类和量的多少有何

特点？

3）营养液总浓度以多大为宜？并对之作出合理解释。

4）营养液的PH值一般是多少，如何调适？

5）培养过程中营养液是否需要更换，多长时间更换一次？

6.2第二课时

同学们带着教师要求收集的相关资料集中交流讨论。

6.2.1确定营养液配方

由于马铃薯块茎耐贮藏，精细栽培经济意义不大，所以同学们根本找不到其

专用的营养液配方，而是带来了一些花卉及黄瓜、甜瓜、番茄、青椒、茄子等无

土栽培的营养液配方。同学们通过对这些不同配方的对比研究发现了它们的共同

特征：都含有植物生长所必须的全部矿质元素，而且根据配比情况可明显地看出

大量元素和微量元素之分；同时也发现了不同营养液之间也存在着一定的差异，

并能对其差异作出正确的解释，知道这是不同植物对某种矿质元素离子选择吸收

的量不同的缘故。不同植物营养液配方大同小异的事实使同学们认识到可以用其

它植物的营养液进行马铃薯的无土栽培。在教师的启发引导下，同学们经过分析

思考，认为应该选择与马铃薯亲缘关系较近、同是茄科植物的番茄、青椒或茄子

的营养液替代为宜，进而又认识到为了尽可能避免不同植物之间的营养差异过

大，应该把这三种茄科植物的营养液综合起来考虑。最后经过计算，求出各种矿

质元素的平均值，确定出表中的营养液配方。

大量元素微量元素

药品名称用量(g/kkg)药品名称用量(g/kkg)

螯合铁

Ca(NO3)291020

KNO3450MnCh.4H2O1.7

K2HPO4200H3BO43.1

MgSO4.7H2O450ZnSO4.7H2O0.28

(NH4)H2PO4120CuSO4.5H2O0.12

H2MOO4.H2O0.02

6.2.2营养液的总浓度和PH值

栽培上所用营养液的总浓度一般在0.2%左右，最大不可超过0.4%,其原

因是要考虑植物对水和无机盐的均衡吸收问题，同学们确定的营养液配方接近

0.2%,适宜栽培使用；大多数植物适宜在弱酸环境中生长，PH值一般在5.2-6.8

之间，同学们分析认为，自己配制的营养液的PH值宜控制在5.5-6.5之间，

过高或过低加硫酸或苛性钾调节。

6.2.3栽培过程中营养液的更换

栽培过程中由于空气温度和湿度变化的影响，植物对水盐难以均衡吸收，势

必导致营养液浓度的变化；而植物对不同离子的选择吸收及其不同生长时期对同

一种离子吸收量的不同，又会导致营养液中残留成份发生变化，从而引起溶液

PH值的较大波动，已不适合单纯的加酸或加碱调节，因此栽培上一般需要10-20

天左右更换一次营养液。我们所要配制和使用的并不是马铃薯专用营养液，只是

代用品，栽培时其溶液残留成份和PH值变化将会更大。同学们经过分析，认为

栽培时应该每周更换一次营养液。

6.2.4布置课余任务

1）配制营养液：与生物和化学实验教师联系，获取必需的药品、器材及实

验场所。注意按照配制溶液的量同比称取所需药品；可以先配制出浓缩

液，使用时再予稀释；溶解时要先加微量元素再加大量元素；注意调节

PH值等等。

2）马铃薯苗的培养：取已经过休眠期和光下催芽的马铃薯块茎，按芽的位

置切成均等的四块栽于花盆中，放在阳光充足的地方培养，出苗后要适

当浇水。想一想，为了移植时苗的根部不受或少受伤害，用什么样的基

质育苗更好（启发学生用沙壤土或干脆用沙子育苗，若用沙子育苗在出

苗后要适当补充一定量的营养液）？

3）验证实施：当苗长到15-20厘米左右时，就可供实验使用了。取苗时一

定要小心，要尽量避免对根的伤害，用清水冲洗干净就可如图1所示进

行操作，然后放于实验室的阳台上培养。培养过程中要注意适时的补液、

换液、通气、监控PH值等；特别强调一定要注意避免遮光部位被随意打

开。同时也可以顺便观察向光性、顶端优势、吐水等现象，并分析其成

因。

6.3第三课时

移栽到营养液中的马铃薯植株经过4-5周的培养后，就可以对其进行实验

成果分析了。撤去遮光的黑布，可见图2的结果。

6.3.1学生总结交流

学生以小组为单位，对实验结果进行评价，然后每组发表交流，主要得出如

下结论：马铃薯块茎的着生部位受光的影响，只能着生在不见光的部位，与土壤

本身无关。同时学生对实验过程也进行了自主的开放性评价，如向光现象、顶端

优势现象、吐水现象的成因以及植物生长所必需的矿质元素、大量元素、微量元

素；植物吸水与吸收矿质元素的关系；植物吸收矿质离子与呼吸作用的关系；植

物对矿质元素的吸收具有选择性；马铃薯的生殖方式；环境对表现型的影响；不

遗传的变异等等。

6.3.2教师引导提高

为了进一步发展学生思维，也为了激发学生不断探索、勇于创新的精神，教

师要善于创设问题情境，调动学生思维中最积极的因素。为此我提出如下问题，

引发学生思考讨论：

1）生长在植株上部的马铃薯与番茄的食用部分有何不同？

2）马铃薯能否着生在其植株顶端？其植株上茎的任何区段遮光后都能结出

块茎吗？

3）让马铃薯块茎着生于植株上部，这在生产和生活中有实用价值吗？

4）马铃薯块茎的着生部位主要受何波长的光的影响？

5）光照是如何通过植物激素对其生理活动进行调节的？

第一个问题要让学生加深认识马铃薯块茎即使着生在植株上部，其实质也只

是变态的茎，番茄的食用部分是由子房