植物對水分的吸收和利用

教學目標 

一、知識方面
1、使學生了解植物體吸水的部位及植物細胞的兩種吸水方式。
2、使學生理解滲透作用的原理。
3、理解植物體的水分代謝包括水分的吸收、運輸、利用和散失等過程。
4、理解蒸騰作用及其對植物的作用。
5、使學生了解合理灌溉在生產和生活實踐中的運用。
二、能力方面
1、通過細胞質壁分離和復原的實驗，進一步訓練學生制作臨時裝片的技能，同時培養其分析實驗的能力。
2、通過分析滲透裝置得出滲透吸水原理，培養學生研究問題的能力，訓練其科學思維的能力。
三、情感、態度、價值觀方面
1、通過聯系生產和生活實際，如應用植物吸水原理進行合理的灌溉，培養學生理論聯系實際的理念。
2、通過學生對水資源現狀的了解，增強學生關心、自覺保護地球水資源的意識。

教學建議

教材分析
本節教材主要講述了滲透作用的原理，植物細胞的吸水和失水，水分的運輸、利用和散失以及合理灌溉等方面的知識內容。
1、滲透作用的原理和植物細胞的吸水和失水
教材選簡要介紹了一下植物吸收水分的器官（主要器官是根，葉等器官也可以吸收水分）、吸收水分的部位（主要是根尖的成熟區的表皮細胞）、植物根尖的結構、以及植物吸收水的兩種主要方式，即吸脹吸水和滲透吸水，指出未成熟的植物細胞，還沒有形成大液泡，主要依靠吸脹作用吸水；而成熟的植物細胞，即有大液泡的細胞主要以滲透作用方式吸收水分。
為使學生更好地理解滲透吸水原理，教材通過分析滲透裝置，總結出：
（1）滲透作用的概念。即滲透作用是指水分子，或其他溶劑分子通過半透膜的擴散。
（2）發生滲透作用的兩個條件。即一是具有半透膜，二是半透膜兩側的溶液之間具有濃度差。
接著分析為什么一個成熟植物細胞相當于一個滲透系統，指出當成熟的植物細胞具備上述兩個條件時，就會發生滲透作用。
然后安排學生做《實驗九、觀察植物細胞質壁分離與復原》，以驗證成熟植物細胞的確是一個滲透系統。
2、水分的運輸、利用和散失
水分是如何從根毛細胞最終進入植物體的每一個細胞的呢？
（1）教材先分析了土壤溶液中的水分進入根尖以內的導管的兩條途徑
①另一條途徑是通過滲透作用進入根尖成熟區的表皮細胞、并且通過成熟區表皮細胞以內的層層細胞向內滲入，最終進入導管。
②一條途徑是通過成熟區表皮細胞細胞壁，以及成熟區表皮細胞以內層層細胞之間的細胞間隙向里滲入，最終進入導管。
（2）教材接著又簡單介紹了水分如何通過根、莖、葉中的導管在值物體內的運輸、以及少部分水被植物體利用和大部分水通過蒸騰作用散失掉的情況
3、本節的最后教材聯系生產和生活實際，簡要講述了合理灌溉的原理和應用。

教法建議
1、引言
課前可收集一些我國、世界有關水資源危機的事例或數據；也可結合節水的需要收集一些人類所采取過的一些節水措施；或者是植被對水資源起到保護作用的事例，這樣引入的目的是引導學生關注包括我國在內的全世界面臨的重大問題，激發學生學習的積極性，同時也使學生對為什么要節水有一個深切的體會，同時在本節學習結束后也會對為什么要保護植被、大力開展植樹造林有較深的體會。
2、滲透作用的原理和植物細胞的吸水和失水是本節的重點也是難點
植物的水分代謝包括水分的吸收、運輸、利用及散失。水分代謝對學生來說并不是很陌生，因此，教師可提出一些問題，以了解學生對水分代謝的理解程度，找出學生對水分代謝理解上的偏差和不足，從而進行有針對性的教學。
在使學生對水分代謝有了一個較全面的認識后，教師可專心與學生一起來處理滲透作用的原理和植物細胞的吸水和失水這一教學內容。
（1）分析滲透裝置，總結出滲透作用的概念和滲透吸水的原理，這是本節的難點。
教師一定要充分利用教材所給的滲透裝置，引導學生把與該裝置有關問題討論透徹，這是一次很好的訓練學生思維能力的機會。
在滲透作用中，水分子總是從密度高的一側更多地向密度低的一側運動，由于在細胞中水是溶液的溶劑，因此從溶液的角度來說，水分是從溶液濃度低的一側更多地向濃度高的一側滲透，對此學生的理解不易明白，應注意解釋清楚。
細胞壁是全透性的，而細胞膜是半透性的（選擇透過性），二者在通透性上的差別，以及這種差別對滲透作用的影響、對植物細胞質壁分離的產生，都需要學生很好的理解。
（2）引導學生討論成熟的植物細胞是一個滲透系統。
在搞清楚滲透系統滿足的兩個條件后，教師先引導學生分析一個成熟植物細胞（比如根尖成熟區表皮細胞）的結構，它的細胞壁是由纖維素和果膠構成的、水分子和溶質分子都可以通過的透性膜。原生質層是水分子可以自由通過、被選擇的離子和小分子可以通過，而大分子則不能通過的選擇透過性膜。原生質層包圍著具有一定濃度的細胞液，這時一定要引導學生區分一下原生質與原生質層這兩個不同的概念。
通過引導學生分析一個成熟的植物細胞，使學生意識到：滲透系統的兩個條件在一個成熟的植物細胞中都是存在的，從而得出結論，成熟的植物細胞是一個滲透系統。
（3）學生做《實驗九、觀察植物細胞質壁分離與復原》
在學生明確了成熟的植物細胞是一個滲透系統后，可以提出這樣一個問題：
“如何通過實驗來驗證成熟的植物細胞是一個滲透系統呢？”
鼓勵學生大膽地提出假設或自己的實驗設計，之后與書上的實驗九進行比較。
之后，學生做實驗九，實驗結束后，根據實驗結果可檢驗同學們提出的假設是否正確，同時引導學生分析為什么會出現質壁分離的現象？為什么會發生質壁分離的復原等問題。
3、水分的利用和散失，這部分最重要的教學內容是蒸騰作用的生理意義，這是本課題的教學的重點。
學生可能在初中已經知道，植物體吸收的水分中有99%是通過蒸騰作用散失到大氣中去了，據此，可以提出下面的問題：
蒸騰作用是對水分的浪費嗎？
從而引出蒸騰作用對植物生活，以至整個生態系統的重要意義。
4、合理灌溉這部分的教學可采取一邊列舉合理灌溉的實例，一邊讓學生分析該措施的生物學原理的方式，以強化學生對水分代謝知識點的理解。

教學設計方案

【課題】 第四節
【教學重點】植物體吸水的部位及植物細胞的兩種吸水方式；滲透作用的原理；植物體的水分代謝包括水分的吸收、運輸、利用和散失的大體過程；蒸騰作用及其對植物的作用；合理灌溉在生產和生活實踐中的運用
【教學難點 】滲透作用的原理
【課時安排】授課1課時，實驗1課時
【教學手段】掛圖、多媒體課件、實驗
【教學過程 】
1、引言
課前可準備兩組天竺葵植株，一株正常澆清水，一株澆濃鹽水，以備上課學生觀察之用；課前可收集一些我國、世界有關水資源危機的事例或數據；也可結合節水的需要收集一些人類所采取過的一些節水措施；或者是植被對水資源起到保護作用的事例，這樣引入的目的是引導學生關注包括我國在內的全世界面臨的重大問題，激發學生學習的積極性，同時也使學生對為什么要節水有一個深切的體會，同時在本節學習結束后也會對為什么要保護植被、大力開展植樹造林也會較深的體會。
學生討論水資源方面的資料，同時觀察兩株天竺葵的生長異同，從而引入植物細胞吸水與失水的學習。
植物的水分代謝包括水分的吸收、運輸、利用及散失。水分代謝對學生來說并不是很陌生，因此，教師可提出一些問題，以了解學生對水分代謝的理解程度，找出學生對水分代謝理解上的偏差和不足，從而進行有針對性的教學。比如，教師可提出以下問題：
①植物吸水的主要器官是什么?
②植物吸水的主要部位是什么？
③你了解植物根尖的結構嗎？
④植物體運輸水和無機鹽的通道是什么？你知道這些通道在植物體的哪個部位嗎？
⑤水在植物體內都可以參與哪些生理功能？
⑥植物體內水分是如何散失的？
⑦你了解蒸騰作用嗎？這個生理過程對植物體的生活有什么重要意義？
在使學生對水分代謝有了一個較全面的認識后，教師可專心與學生一起來處理滲透作用的原理和植物細胞的吸水和失水這一難點內容。
在向學生介紹植物的吸脹吸水后，可提出下面的問題供學生討論：
同樣干燥的大豆種子和玉米粒浸入水中一段時間后，大豆種子和玉米粒相比，你認為哪種籽粒膨脹幅度更大？為什么？
干燥的大豆種子和玉米粒浸入水中后，它們的細胞是采用吸脹的方式來吸水的，即大豆和玉米中的親水性物質，如蛋白質、淀粉、纖維素這些物質吸水引起的。而蛋白質、淀粉、纖維素的親水能力是不一樣的，其吸水能力的順序由大到小為蛋白質、淀粉、纖維素。而大豆種子中主要的儲存物質是蛋白質，而玉米粒中主要的儲存物質是淀粉，且它們的細胞壁中都含纖維素。因此豆類種子的吸脹現象就比谷物的種粒明顯。
2、滲透作用的原理和植物細胞的吸水和失水
向學生介紹植物吸水最主要的方式，即滲透吸水。
（1）分析滲透裝置，總結出滲透作用的概念和滲透吸水的原理。
教師一定要充分利用教材所給的滲透裝置，引導學生把與該裝置有關問題討論透徹，這是一次很好的訓練學生思維能力的機會。
讓學生特別注意滲透模型裝置所選用的膜是一種半透膜，并向學生說明，這種膜的特點是水分子可以自由通過而蔗糖分子很難通過。
學生在觀察實驗現象的同時，提出下面的問題引發學生的思考：
①同學們已經觀察到，漏斗中的蔗糖液面會高于燒杯中清水的液面，此時蔗糖液的上升是逆重力方向上升的，而且長頸漏斗的管徑又不是很細，所以排除了毛細現象的原因，請你想一想，是什么力量使蔗糖液會逆著重力方向上升?
②如果把蒙住長頸漏斗的半透膜，換成全透性紗布，你認為蔗糖液面會上升嗎？
使學生得出半透膜的存在是發生滲透作用的關鍵。
③如果在燒杯中也放入與長頸漏斗中的相同的蔗糖液，你認為長頸漏斗中的蔗糖液還會上升嗎？
使學生得出濃度差是發生滲透作用的另一重要條件
④如果把這個滲透裝置再放置下去，漏斗中的液面會不斷持續上升嗎?為什么?
使學生理解滲透壓這一概念
通過以上的分析，引導學生總結出，滲透作用是指水分子透過半透膜的擴散；發生滲透作用的條件是：一是有半透膜的存在，二是半透膜兩側具有濃度差；水分滲透的趨勢是：水分子由濃度高的一側向低的一側滲透。
（2）引導學生討論成熟的植物細胞是一個滲透系統。
在搞清楚滲透系統滿足的兩個條件后，教師先引導學生分析一個成熟植物細胞（比如根尖成熟區表皮細胞）的結構，它的細胞壁是由纖維素和果膠構成的、水分子和溶質分子都可以通過的透性膜。原生質層是水分子可以自由通過、被選擇的離子和小分子可以通過，而大分子則不能通過的選擇透過性膜。原生質層包圍著具有一定濃度的細胞液，這時一定要引導學生區分一下原生質與原生質層這兩個不同的概念。
通過引導學生分析一個成熟的植物細胞，使學生意識到：滲透系統的兩個條件在一個成熟的植物細胞中都是存在的，從而學生可以得出結論：成熟的植物細胞是一個滲透系統。
（3）學生做《實驗九、觀察植物細胞質壁分離與復原》
①在學生明確了成熟的植物細胞是一個滲透系統后，可以提出這樣一個問題：
“如何通過實驗來驗證成熟的植物細胞是一個滲透系統呢？”
或“如果將成熟的植物細胞置于清水中（或低于細胞液濃度的水溶液中），這個細胞會發生什么現象呢？”
鼓勵學生大膽地提出自己的實驗設計，之后與書上的實驗九進行比較，討論：
書上的實驗設計好在呢？
自己的實驗設計好在呢？
自己的實驗設計中哪些地方還需要改進？
鼓勵學生大膽地提出對實驗九的假設
②之后，學生做實驗九，實驗結束后，根據實驗結果可檢驗同學們提出的假設是否正確，同時引導學生分析為什么會出現質壁分離的現象？為什么會發生質壁分離的復原？
③實驗結束后，教師可提出一些綜合性的問題引發學生的討論，使學生對本節內容有一個全面深入的理解，比如教師可以問：
《植物細胞質壁分離及其復原》的實驗為什么可作為鑒別細胞死活的依據？
通過分析滲透裝置中發生的滲透吸水現象，應該能得出以下的結論：
作為一個滲透系統要滿足兩個條件，其一，兩溶液系統間一定有半透膜隔開；其二，兩溶液系統間一定要存在濃度差。
植物細胞質壁分離及其復原實驗分析
通過對植物質壁分離及其復原實驗的分析，應該得出這個結論：植物細胞是一個滲透系統。因為植物細胞滿足滲透系統成立的兩個條件，
其一，細胞膜、液泡膜和這兩層膜之間的細胞質合稱原生質層，而完整的有生理功能的膜結構是選擇透過性的，因此原生質層就相當于一層半透膜。
此處要請學生注意，半透膜與選擇透過性膜是有區別的。半透膜的透性是由半透膜上的孔隙大小決定的，即分子直徑大于膜孔隙的物質不能通過半透膜，只有分子直徑小于膜孔隙的物質才能通過，因此半透膜是一種物理膜；而選擇透過性膜的透性是由膜上磷脂雙分子層的物理化學性質和膜上蛋白載體共同決定的，當然大分子物質是不能過膜的，但何種小分子物質過膜是受到嚴格選擇的，不單純由該物質的分子直徑而定，因此細胞的膜結構是生物膜。
其二，植物細胞液泡中有細胞液，植物細胞外是環境溶液，它們之間被原生層這個半透膜隔開，且這兩種溶液之間存在濃度差。
當植物細胞死亡后，其細胞中的膜結構也會隨之解體，變得不完整，這樣植物細胞作為滲透系統的第一個條件也就沒有了，質壁分離也就不會發生。
還有一個問題值得一提，請學生想一想，如果把植物細胞放在高濃度的尿素溶液中，此時會發生什么現象呢？提示一下，蔗糖是不能通過膜結構的，而尿素的過膜方式為自由擴散。想到了嗎，植物細胞在高濃度蔗糖液中時，因為蔗糖不能過膜，細胞液和外界溶液之間總會有濃度差，植物細胞會不斷失水而發生質壁分離，除非把外界溶液換成清水，才可能出現質壁分離復原現象；而當植物細胞在高濃度尿素溶液中時，細胞液和外界溶液之間會有濃度差，植物細胞會不斷失水而發生質壁分離，但因為尿素可過膜，隨著尿素不斷進入植物細胞，兩種液體之間的濃度差會消失，此時就是不把外界溶液換成清水，也可能出現質壁分離復原現象。
其實這個簡單的實驗還可證明很多生物學事實，有必要向學生提一下。如可證明細胞壁的伸縮性小于細胞膜的伸縮性、細胞膜的選擇透過性、植物細胞是一個滲透系統、細胞得失水分與濃度差的關系，甚至可以定量地測定出細胞液的濃度，可以請學生琢磨一下。
3、水分的利用和散失，這部分最重要的教學內容是蒸騰作用的生理意義，這是本課題的教學的重點。
學生可能在初中已經知道，植物體吸收的水分中有99%是通過蒸騰作用散失到大氣中去了，據此，可以提出下面的問題：
蒸騰作用是對水分的浪費嗎？
從而引出蒸騰作用對植物生活，以至整個生態系統的重要意義。
這部分教學可在引導學生分析蒸騰途徑、蒸騰方式以及與水分吸收和運輸的關系后，使學生理解蒸騰作用是植物體水分的吸收和運輸的主要動力，也是植物體水分的利用和散失的主要方式。
有時間的話，教師讓學生了解蒸騰作用的強弱在一定程度上可反映植物水分代謝狀況，可以判斷植物對水分的利用效率。不同生態類型的植物，適應環境的形態和結構特征，與影響蒸騰作用有關。
4、合理灌溉這部分的教學可采取一邊列舉合理灌溉的實例，一邊讓學生分析該措施的生物學原理的方式，以強化學生對水分代謝知識點的理解。

探究活動

測定蒸騰作用強度

【實驗目的】學習用普通托盤天平快速測定蒸騰作用強度的方法
【實驗原理】植物在一定時間內，單位葉面積或單位鮮重散失的水量，稱為蒸騰強度，單位一般用克/小時·平方米或克/小時·100克鮮重來表示。
測定植物蒸騰作用強度的基本思路是：測定植物整體或部分在蒸騰過程中重量的損失，從而判斷蒸騰作用強度的大小。
植物蒸騰失水，重量減輕，故可用托盤天平稱量一定時間內植物的失水量，以表示蒸騰強度。這種方法的特點是能在自然條件下進行測定。因枝葉離開母體后，短時間內在生理上沒有明顯的變化，故所求得的蒸騰強度與實際情況近似。
【實驗材料和用具】托盤天平、枝剪、植物體
【實驗步驟】
將天平調零后，放置在距被測植物較近且平穩處。
在被測植株上選一枝條，重約20克左右。在枝的基部纏一線以便懸掛，然后剪下立即用托盤天平稱重，并計算蒸騰強度。
蒸騰強度=（蒸騰水量(mg)/組織鮮重(g)）х（60/測定時間(min)）
測定不同時間（晨、午、晚），不同部位（上、中、下），不同環境，不同植物種類的蒸騰強度，并加以解釋。

鑒定植物細胞的死活

【實驗目的】學習用質壁分離法和用活體染色法鑒定細胞死活
【實驗原理】活細胞與死細胞在性質上有許多差別，特別是通透性的變化最為明顯。活細胞的原生質具有選擇透過性；而死細胞則為全透性。選擇透過性是質壁分離的先決條件。因此能發生質壁分離的細胞就表示是活的，不能發生質壁分離的細胞則說明是死的。
死活細胞間不僅通透性不同，而pH值等情況也不同，它們對某些染料的反應明顯不同。某些染料能在活細胞的細胞液中積累，但不能染活的原生質；另一方面，這些染料可使死細胞的原生質染色，但不積累于液泡。所以可根據某些染料活體染色的情況來鑒定細胞死活。
【實驗材料和用具】 洋蔥及其它植物材料、酒精燈、顯微鏡、刀片、鑷子、載玻片、蓋玻片、1M蔗糖、0.01%中性紅溶液等。
【實驗步驟】
1、用質壁分離的方法鑒定細胞的死活。
撕洋蔥表皮細胞滴加IM蔗糖中，在顯微鏡下觀察。細胞很快發生質壁分離，這就是細胞活著的證據。另把制取的同樣制片，用冷凍、加熱、干燥、酒精浸泡等方法將它們的細胞殺死，然后取代上述活材料，做質壁分離實驗，結果看到已死的細胞不能發生質壁分離現象。
用尿素、硝酸鉀、氯化鈣溶液等來代替蔗糖，能快速鑒定細胞的死活。
2、用活體染色的方法的鑒定細胞的死活。
取洋蔥或其它材料，用鑷子撕下表皮（如表皮不易撕下，也可在水中用鋒利的刀片輕輕刮去多余部分），或用刀片做成切片若干，將表皮或切片浸入中性紅溶液中，放置5-10分鐘最出用清水浸洗后置于載玻片上，加蓋玻片，在顯微鏡下觀察。
活細胞一般在液泡內染成紅色至紫色，原生質不染色，死細胞常呈橙紅色，原生質和細胞核被染色。撕破的細胞，只剩細胞壁時，呈淡紅色或淡紫色。
為進一步鑒別細胞的死活，可把玻片上的水溶液吸去，滴一滴1M蔗糖溶液，便可觀察到活細胞能發生質壁分離，死細胞及空細胞都有沒有這種現象。
可用加熱、冷凍或其它方法殺死植物組織，然后用上面所述方法進行處理，比較與活組織有何不同。