第三章 第2节 任务2 矿质元素的吸收和利用(课件）-《生物学全一册》（人民教育出版社）同步精品课堂

第三章 第二节 任务2 矿质元素的吸收和利用 生物学全一册 同步精品课堂 人民教育出版社 掌握国家标准《机械制图》中有关图幅、比例、字体图线等基本规定。 教学目标 一 1、掌握植物必需元素的分类（大量元素与微量元素）及其生理作用。 2、理解根毛吸收矿质元素离子的机制（交换吸附、主动运输）。 3、区分生理酸性盐、生理碱性盐和生理中性盐的特点及对土壤的影响。 4、阐明合理施肥的科学依据及实践原则。 知识目标： 掌握国家标准《机械制图》中有关图幅、比例、字体图线等基本规定。 教学目标 一 1、通过实验现象分析矿质元素的交换吸附过程。 2、运用主动运输原理解释根毛吸收矿质元素的选择性。 3、结合实例设计不同作物的施肥方案。 技能目标： 教学重难点 二 1、矿质元素的生理作用（如N、P、K、Mg的关键功能）。 2、根毛吸收矿质元素离子的过程（交换吸附→主动运输）。 3、生理盐类型的判断（硫酸铵、硝酸钠、硝酸铵的离子吸收差异）。 4、合理施肥的原则（需肥规律、土壤性质适配）。 教学重点： 教学重难点 二 1、交换吸附与主动运输的机制区别（能量与载体依赖性）。 2、生理酸性盐导致土壤酸化的原理（H⁺残留与HCO₃⁻水解）。 3、根毛吸收的选择性（载体蛋白种类与数量的影响）。 教学难点： 导入新课 三 同学们，植物需要水才能生存，但为什么仅浇水无法让植物健康生长？例如，缺氮的番茄叶色淡黄，缺钾的水稻茎秆易倒伏。这说明植物还需要什么？这些物质如何被吸收？ 今天我们将探索植物‘吃’矿质元素的奥秘，揭开合理施肥的科学密码！ 新知讲授 四 除水分以外，植物还需要从环境中不断吸收多种矿质元素，用来维持自身正常的生命活动。那么,这些矿质元素具有哪些重要的作用?植物是怎样吸收这些矿质元素的呢? 新知讲授 四 矿质元素的生理作用 科学研究表明，植物体内含有70多种元素，其中属于植物生活所必需的元素，目前已知的有17种，这17种元素叫作必需元素。必需元素中有9种的需要量比较大，叫作大量元素；其余8种的需要量很小，叫作微量元素（如下表） 矿质元素的生理作用 一、分裂间期二、前期三、中期 四、后期五、六、末期 图28 植物细胞的有丝分裂示意图 新知讲授 四 矿质元素的生理作用 ① 表1中的m 指的是干重。 植物体内必需元素的含量① 大量元素 m/% 微量元素 m/% C 45.0 Fe 0.01 H 6.0 Mn 0.005 O 45.0 B 0.002 N 1.5 Zn 0.002 P 0.2 Cu 0.0001 K 1.0 Mo 0.0001 S 0.1 Ni 0.0001 Ca 0.5 Cl 0.01 Mg 0.2 一、分裂间期二、前期三、中期 四、后期五、六、末期 图28 植物细胞的有丝分裂示意图 新知讲授 四 科学家们是通过溶液培养法确认这17种元素是植物的必需元素的。具体地说，就是 在人工配制的营养液中，除去或加入某种元素，并且观察植物生长发育的状况：当除去某种元素时，植物的生长发育仍然正常，这就说明这种元素不是植物的必需元素；当除去某种元素时，植物的生长发育不正常了，而补充这种元素之后，植物的生长发育又恢复正常状态，这就说明这种元素是植物的必需元素。 矿质元素的生理作用 新知讲授 四 什么是矿质元素?矿质元素一般是指除C 、H 、O 以外，主要由根系从土壤中吸收的 元素，如N 、P 、K 等。矿质元素是构成植物体的重要成分。例如，N是构成蛋白质的重要元素；P是构成磷脂和核酸的重要元素；Mg 是构成叶绿素的重要元素；Ca 是构成细胞壁的重要成分。矿质元素对于植物体生命活动的正常进行具有重要作用。例如，Fe、Zn、Cu、Mo等是植物细胞内一些酶的重要成分；K对于各种酶起着活化剂的作用；B 对于植物的生殖过程有重要影响。实际上，一旦缺乏某种矿质元素，植物体就会表现出相应的症状。 矿质元素的生理作用 新知讲授 四 例如，缺N的番茄，植株矮小，叶小色淡；缺P的小麦，植株不仅长不大，而且茎叶上会出现病态的红色或紫色；缺K的水稻，茎秆柔软，容易倒伏；缺B的油菜，只开花，不结果。应当指出，植物对N 、P 、K这三种矿质元素的需要量比较大，而土壤的供应常常不足，需要通过施肥加以补充，所以，这三种矿质元素叫作肥料三要素。 矿质元素的生理作用 缺N的番茄 缺P的小麦 缺K的水稻 新知讲授 四 植物体主要通过根尖成熟区的根毛，从土壤溶液中吸收矿质元素。土壤溶液中的各种 矿质元素都是以离子状态被根毛选择吸收的。 土壤溶液中的各种矿质元素离子之所以能够被根毛选择吸收，与成熟区表皮细胞的呼吸作用有密切关系。成熟区表皮细胞在呼吸作用中产生二氧化碳(CO₂), 二氧化碳溶于水中，生成碳酸 (H₂CO₃),碳酸可以解离成H+ 和 HCO₃。吸附在根毛细胞膜表面的H+ 和 HCO₃, 可以分别与土壤溶液中的阳离子(如K+、NH4)和阴离子(如NO3)发生交换。 这样，H+ 和HCO₃就进入土壤溶液中，而K+等土壤溶液中的阳离子和NO₃等土壤溶液中的阴离子，则被吸附到根毛细胞膜的表面。根毛细胞膜上的H+ 和HCO₃,与土壤溶液中的阳离子和阴离子发生交换的过程，叫作交换吸附。 根毛吸收矿质元素离子的过程 新知讲授 四 根毛吸收矿质元素离子的过程 植物体主要通过根尖成熟区的根毛，从土壤溶液中吸收矿质元素。土壤溶液中的各种矿质元素都是以离子状态被根毛选择吸收的。 土壤溶液中的各种矿质元素离子之所以能够被根毛选择吸收，与成熟区表皮细胞的呼吸作用有密切关系。成熟区表皮细胞在呼吸作用中产生二氧化碳(CO₂), 二氧化碳溶于水中，生成碳酸 (H₂CO₃),碳酸可以解离成H+ 和 HCO₃。吸附在根毛细胞膜表面的H+ 和 HCO₃, 可以分别与土壤溶液中的阳离子(如K+、NH4)和阴离子(如NO3)发生交换。 这样，H+ 和HCO₃就进入土壤溶液中，而K+等土壤溶液中的阳离子和NO₃等土壤溶液中的阴离子，则被吸附到根毛细胞膜的表面。根毛细胞膜上的H+ 和HCO₃,与土壤溶液中的阳离子和阴离子发生交换的过程，叫作交换吸附。 新知讲授 四 目的要求 1.观察根与周围溶液进行离子交换吸附的现象。 2.探究根毛细胞吸附矿质元素离子的原理。 材料用具 生出根的洋葱(根长5cm 左右),小烧杯，剪刀，镊子，清水，蒸馏水，质量浓度为 0.1mg/mL的亚甲基蓝溶液，CaCl₂溶液。 演示实验：观察根对矿质元素离子的交换吸附现象 新知讲授 四 方法步骤 一 、剪取数条洋葱的根，将它们浸泡到亚甲基蓝溶液中。1～2 min之后，根就染成了蓝色。这是因为亚甲基蓝在水中解离成蓝色的亚甲基蓝阳离子和无色的氯离子，根毛细胞膜表面的H+就会与亚甲基蓝阳离子发生交换吸附，于是根就染成了蓝色。 二 、将根取出，放到蒸馏水中，洗去根上面的浮色。 三 、将染成蓝色的根分成两等份：一份浸泡到蒸馏水中；另一份浸泡到等量的CaCl₂溶液中。观察蒸馏水和CaCl₂溶液是否发生了颜色的变化。 讨论： 为什么 CaCl₂溶液由无色变成蓝色，而蒸馏水仍然是无色的? 演示实验：观察根对矿质元素离子的交换吸附现象 新知讲授 四 由于CaCl₂在水中解离成Ca²+和 Cl-,Ca²+ 就与吸附在根毛细胞膜表面的亚甲基蓝 阳离子发生交换吸附，交换下来的亚甲基蓝阳离子进入CaCl₂溶液中，使溶液变成蓝色。 浸泡在蒸馏水中的蓝色的根，由于不发生离子的交换吸附，所以蒸馏水仍然是无色的。 根毛细胞膜表面吸附的矿质元素离子，还要通过细胞膜转移到细胞的内部。这个过程不仅需要消耗成熟区表皮细胞通过呼吸作用所释放出的能量，而且需要载体蛋白的协助， 因此是一个主动运输的过程。由此可见，根毛吸收矿质元素离子和吸收水分，是两个相对独立的过程。 实验总结： 新知讲授 四 根毛对矿质元素离子的吸收之所以具有选择性，与细胞膜上载体蛋白的种类和数量有关：载体蛋白多，由这种载体蛋白转运的矿质元素离子就多，根毛吸收的这种矿质元素离子也就多；反之就少。 实验总结： 新知讲授 四 根毛对矿质元素离子的选择吸收，还表现在对同一种无机盐的阳离子和阴离子吸收的差异上。例如，供给硫酸铵时，根毛吸收的NH₄比SO- 多，而根毛在吸收NH才时，就要与吸附在根毛细胞膜表面的 H+ 交换。这样，就有许多H+ 残留在土壤溶液中，时间久了，土壤就逐渐酸化。因此，我们称硫酸铵为生理酸性盐。除硫酸铵以外，氯化铵、硫酸钾和氯化钾等都属于生理酸性盐。又如，供给硝酸钠时，根毛吸收的NO3 比Na+ 多，而根毛在吸收NO3 时，就要与吸附在根毛细胞膜表面的HCO₃交换。这样，就有许多HCO3 残留在土壤溶液中，时间久了，土壤就逐渐碱化①。 新知讲授 四 因此，我们称硝酸钠为生理 碱性盐。除硝酸钠以外，硝酸钙等也属于生理碱性盐。再如，对于硝酸铵的阳离子和阴离子，根毛的吸收量几乎相等，因此，我们称硝酸铵为生理中性盐。除硝酸铵以外，磷酸铵、硝酸钾等也属于生理中性盐。生理酸性盐不宜施用在酸性土壤中，生理碱性盐不宜施用在碱性土壤中，如果长期施用，就会破坏土壤的性质，并且影响植物正常的生长发育。 新知讲授 四 合理施肥是指根据矿质元素对植物所起的作用，结合植物的需肥规律，适时、适量地施用肥料，以便获得少肥高效的效果。不同植物对N 、P 、K 等矿质元素的需要量不同。例如，小麦、大豆等对P的需要量比较多；甘蔗、马铃薯等对K的需要量比较多；菠菜、大白菜等对N的需要量比较多。同种植物在不同的生长发育时期，对N、P、K等矿质元素的需要量也不相同。施肥时一定要考虑到这些情况。 合理施肥 师生互动 五 1、植物体内必需的矿质元素有哪些？它们各自在植物生长发育中扮演什么角色？ 2、如何通过溶液培养法来确定植物必需的矿质元素？请简要描述实验过程和原理。 3、植物根系是如何从土壤溶液中选择性吸收矿质元素离子的？这一过程与哪些细胞生理活动相关？ 4、合理施肥的依据是什么？如何根据不同植物和生长阶段的需肥规律进行施肥？ 随堂练习 六 一、选择题 1、下列哪种元素是植物体内必需的微量元素？（ ） A. H B. O C. N D. Fe 【答案】D 【解析】：前三项A是氢，B是氧，C是氮，均不是微量元素。 2、植物体内含量最高的矿质元素是（ ）。 A. K B. P C. N D. Ca 【答案】C 【解析】：植物体内含量最高的矿质元素是氮（N），它是构成蛋白质、核酸等重要生物大分子的关键元素，对植物的生长发育至关重要。 随堂练习 六 一、选择题 3、下列哪种元素不是植物体内的大量元素？（ ） A. Mg B. Zn C. Ca D. K 【答案】B 【解析】：锌（Zn）是植物体内的微量元素，而镁（Mg）、钙（Ca）和钾（K）都是大量元素。 随堂练习 六 二、判断题 1、所有矿质元素都是植物生长所必需的。（ ） 【答案】错。并非所有矿质元素都是植物生长所必需的，只有那些对植物生长发育有重要作用的元素才被视为必需元素。 2、根毛细胞膜上的载体蛋白种类和数量决定了根毛对矿质元素离子的吸收量。（ ） 【答案】对。根毛细胞膜上的载体蛋白确实负责转运矿质元素离子，其种类和数量直接影响根毛对这些离子的吸收能力。 课堂小结 七 谢谢 $$