“光照對馬鈴薯塊莖著生部位的影響”

課外科技探究活動

高中部聶常青

（本文被全國生物科學(xué)類核心期刊一一《生物學(xué)通報》2003年第十期發(fā)表，同

時被《中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）》、“中國期刊網(wǎng)”、《中文科技期刊數(shù)據(jù)庫》收錄,

并通過“萬方數(shù)據(jù)數(shù)字化期刊群”進(jìn)入了因特網(wǎng)）

論文摘要馬鈴薯塊莖的著生部位受光的影響。在課外科技活動中，利用無土

栽培技術(shù)對馬鈴薯植株莖的基部和地上常態(tài)莖分別照光和遮光處理，對之進(jìn)行了

探究和驗(yàn)證。

主題詞馬鈴薯塊莖光無土栽培營養(yǎng)液

生物興趣小組是開展課外科技探究活動，培養(yǎng)學(xué)生研究性學(xué)習(xí)能力的很好形

式。借助這一組織形式，在活動課中我?guī)ьI(lǐng)學(xué)生利用無土栽培技術(shù)開展了“光照

對馬鈴薯塊莖著生部位的影響”的探究活動。

1教學(xué)內(nèi)容分析

利用無土栽培技術(shù)，通過含全部必需礦質(zhì)元素的溶液培養(yǎng)法，分別對馬鈴薯

的根和莖在照光和遮光條件下進(jìn)行培養(yǎng)。這一探究活動過程與教材中的知識結(jié)合

點(diǎn)很多，幾乎涵蓋了高二教材的各章內(nèi)容，如光對植物生理活動的影響；環(huán)境對

生物表現(xiàn)型的影響；生物的變異；植物的水分代謝一一吸收和散失（吐水現(xiàn)象）;

植物的礦質(zhì)營養(yǎng)一一必需元素、大量元素、微量元素；礦質(zhì)元素吸收與水分吸收

及呼吸作用的關(guān)系；營養(yǎng)生殖；細(xì)胞的分化以及植物生命活動的調(diào)節(jié)等。

2教學(xué)目標(biāo)

2.1知識目標(biāo)

加深對教材中相關(guān)知識的理解；初步學(xué)會無土栽培技術(shù)。

2.2情感目標(biāo)

養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度和合作精神以及勇于探索、不斷創(chuàng)新的精神。

2.3能力目標(biāo)

初步學(xué)會科學(xué)探究的一般方法，體會科學(xué)探究的一般過程，具有生物學(xué)實(shí)驗(yàn)

的基本操作技能，發(fā)展收集和處理信息的能力、分析和解決實(shí)際問題的能力以及

交流與合作能力。

3教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)；無土栽培營養(yǎng)液的配制及栽培管理。

4教學(xué)對象分析及時間安排

教學(xué)對象是高二參加生物科技活動小組的同學(xué)，他們基礎(chǔ)知識較扎實(shí)，生物

學(xué)科興趣濃厚。根據(jù)本地氣候條件，活動安排在三月下旬前后，這時學(xué)生已學(xué)完

了教材前六章內(nèi)容，基本具備了相關(guān)的生物學(xué)知識和實(shí)驗(yàn)操作技能。整個活動需

要三節(jié)自習(xí)課集中研究、討論和交流，另需一定的課余時間查找資料和對實(shí)驗(yàn)進(jìn)

行操作等等，整個實(shí)驗(yàn)的完成大約要持續(xù)兩個月時間。

5教學(xué)思路的設(shè)計(jì)

提出問題：馬鈴薯的食用部分是變態(tài)的塊莖，為什么它只能著生在土壤中，

而地上部分長不出這樣的塊莖呢？

-----學(xué)生思考討論分析研究，教師啟發(fā)點(diǎn)拔引導(dǎo)評價

做小假設(shè)：受光照影響

——學(xué)生討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，號師啟發(fā)點(diǎn)拔引導(dǎo)評價

、，裝置設(shè)計(jì)—無土栽培一?營養(yǎng)液配制

驗(yàn)上假設(shè)：實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案

1控制PH值、補(bǔ)液、換液、通氣等

成果分析：學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行自主的開放性評價

教師升華一一發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維活動，激發(fā)繼續(xù)探究

6教學(xué)活動過程

6.1第一課時

6.1.1提出問題，做出假設(shè)

教師提出問題，由學(xué)生分析思考其原因：馬鈴薯的食用部分一一土豆是變

態(tài)的塊莖，為什么它只能著生在土壤中，而地上部分只長常態(tài)莖卻長不出這種變

態(tài)的塊莖？由于此時學(xué)生尚未學(xué)習(xí)到生態(tài)因素的內(nèi)容，難以回答出是受光照的影

響，有的學(xué)生說是由遺傳因素決定的，有的說是受植物激素調(diào)節(jié)的結(jié)果。教師先

對學(xué)生的回答予以肯定的評價：遺傳物質(zhì)是生物進(jìn)行各種生命活動、體現(xiàn)各種生

命現(xiàn)象的根本的決定因素，植物激素對植物的生命活動起著直接的調(diào)節(jié)作用，同

學(xué)們回答的都有道理，但我們今天不研究其內(nèi)在原因，而是探討一下這種現(xiàn)象受

外界環(huán)境中的什么因素影響。接著教師進(jìn)一步啟發(fā)：生長在農(nóng)田中的土豆如果露

出土壤外會變綠，甚至長出新的綠色植株來，這是為什么？學(xué)生們經(jīng)過分析討論

很快形成兩種觀點(diǎn)；一方認(rèn)為是由土壤決定的，另一方認(rèn)為是由光照決定的。教

師組織雙方辯論，分別闡述己方理由，駁斥對方觀點(diǎn)，結(jié)果雖然雙方均未能提出

有力證據(jù)證明己方和駁倒對方，但卻有更多的同學(xué)支持“受光照影響”這一觀點(diǎn)。

這時，教師向?qū)W生介紹科學(xué)探究的一般方法：發(fā)現(xiàn)問題一做出假設(shè)一驗(yàn)證假設(shè)一

得出結(jié)論。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生達(dá)成了基本一致的意見，做出了假設(shè)一一受光

照影響。

6.1.2設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

為了使學(xué)生解決問題能力和合作精神得到培養(yǎng)，把學(xué)生按座位每五、六人

分為一組，討論設(shè)計(jì)驗(yàn)證假設(shè)的實(shí)驗(yàn)方案，教師只是起著組織、啟發(fā)、引導(dǎo)和評

價的作用。同學(xué)們根據(jù)已確定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，很快把方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵集中在如下兩

點(diǎn)：一是使馬鈴薯植株根部露于光下，看其是否長不出塊莖；二是使馬鈴薯地上

植株局部遮光，看其能否長出塊莖來。為此同學(xué)們很快確定了使用教材中介紹的

無土栽培技術(shù)；同時認(rèn)為，要使植株的根部露于光下，不僅要使用透明容器培養(yǎng),

而且不能使用礫石、巖棉或沙子等基質(zhì)對根部固定和通氣，只能采用水培法（溶

液培養(yǎng)法）通過支架對植株固定培養(yǎng)。由于根對礦質(zhì)元素的吸收等生命活動要依

靠呼吸作用提供的能量，從而就把解決問題的關(guān)鍵轉(zhuǎn)移到了如何滿足根部呼吸作

用對氧氣的需求上。最后同學(xué)們經(jīng)過分析比較，從在培養(yǎng)液中養(yǎng)殖金魚藻等水草、

經(jīng)常性更換營養(yǎng)液和利用氣泵通氣三種方法中選擇了后者。

在容器選擇上，同學(xué)們依次淘汰了廣口瓶、大燒杯、色拉油桶等，最后選

定了玻璃魚缸，大小15-20升左右為宜；遮光材料從黑色塑料和黑布中選擇了透

氣又透水的黑布。裝置設(shè)計(jì)如圖1所示。

6.1.3布置課余作業(yè)

為了發(fā)展學(xué)生收集和處理信息能力，要求學(xué)生課余利用網(wǎng)絡(luò)和圖書館等資

源查找無土栽培營養(yǎng)液配方，同時思考并解決以下問題：

D如果找不到馬鈴薯無土培養(yǎng)液專用配方，怎么辦？

2）不同植物的營養(yǎng)液配方是否相同？其礦質(zhì)元素的種類和量的多少有何

特點(diǎn)？

3）營養(yǎng)液總濃度以多大為宜？并對之作出合理解釋。

4）營養(yǎng)液的PH值一般是多少，如何調(diào)適？

5）培養(yǎng)過程中營養(yǎng)液是否需要更換，多長時間更換一次？

6.2第二課時

同學(xué)們帶著教師要求收集的相關(guān)資料集中交流討論。

6.2.1確定營養(yǎng)液配方

由于馬鈴薯塊莖耐貯藏，精細(xì)栽培經(jīng)濟(jì)意義不大，所以同學(xué)們根本找不到其

專用的營養(yǎng)液配方，而是帶來了一些花卉及黃瓜、甜瓜、番茄、青椒、茄子等無

土栽培的營養(yǎng)液配方。同學(xué)們通過對這些不同配方的對比研究發(fā)現(xiàn)了它們的共同

特征：都含有植物生長所必須的全部礦質(zhì)元素，而且根據(jù)配比情況可明顯地看出

大量元素和微量元素之分；同時也發(fā)現(xiàn)了不同營養(yǎng)液之間也存在著一定的差異，

并能對其差異作出正確的解釋，知道這是不同植物對某種礦質(zhì)元素離子選擇吸收

的量不同的緣故。不同植物營養(yǎng)液配方大同小異的事實(shí)使同學(xué)們認(rèn)識到可以用其

它植物的營養(yǎng)液進(jìn)行馬鈴薯的無土栽培。在教師的啟發(fā)引導(dǎo)下，同學(xué)們經(jīng)過分析

思考，認(rèn)為應(yīng)該選擇與馬鈴薯親緣關(guān)系較近、同是茄科植物的番茄、青椒或茄子

的營養(yǎng)液替代為宜，進(jìn)而又認(rèn)識到為了盡可能避免不同植物之間的營養(yǎng)差異過

大，應(yīng)該把這三種茄科植物的營養(yǎng)液綜合起來考慮。最后經(jīng)過計(jì)算，求出各種礦

質(zhì)元素的平均值，確定出表中的營養(yǎng)液配方。

大量元素微量元素

藥品名稱用量(g/kkg)藥品名稱用量(g/kkg)

螯合鐵

Ca(NO3)291020

KNO3450MnCh.4H2O1.7

K2HPO4200H3BO43.1

MgSO4.7H2O450ZnSO4.7H2O0.28

(NH4)H2PO4120CuSO4.5H2O0.12

H2MOO4.H2O0.02

6.2.2營養(yǎng)液的總濃度和PH值

栽培上所用營養(yǎng)液的總濃度一般在0.2%左右，最大不可超過0.4%,其原

因是要考慮植物對水和無機(jī)鹽的均衡吸收問題，同學(xué)們確定的營養(yǎng)液配方接近

0.2%,適宜栽培使用；大多數(shù)植物適宜在弱酸環(huán)境中生長，PH值一般在5.2-6.8

之間，同學(xué)們分析認(rèn)為，自己配制的營養(yǎng)液的PH值宜控制在5.5-6.5之間，

過高或過低加硫酸或苛性鉀調(diào)節(jié)。

6.2.3栽培過程中營養(yǎng)液的更換

栽培過程中由于空氣溫度和濕度變化的影響，植物對水鹽難以均衡吸收，勢

必導(dǎo)致營養(yǎng)液濃度的變化；而植物對不同離子的選擇吸收及其不同生長時期對同

一種離子吸收量的不同，又會導(dǎo)致營養(yǎng)液中殘留成份發(fā)生變化，從而引起溶液

PH值的較大波動，已不適合單純的加酸或加堿調(diào)節(jié)，因此栽培上一般需要10-20

天左右更換一次營養(yǎng)液。我們所要配制和使用的并不是馬鈴薯專用營養(yǎng)液，只是

代用品，栽培時其溶液殘留成份和PH值變化將會更大。同學(xué)們經(jīng)過分析，認(rèn)為

栽培時應(yīng)該每周更換一次營養(yǎng)液。

6.2.4布置課余任務(wù)

1）配制營養(yǎng)液：與生物和化學(xué)實(shí)驗(yàn)教師聯(lián)系，獲取必需的藥品、器材及實(shí)

驗(yàn)場所。注意按照配制溶液的量同比稱取所需藥品；可以先配制出濃縮

液，使用時再予稀釋；溶解時要先加微量元素再加大量元素；注意調(diào)節(jié)

PH值等等。

2）馬鈴薯苗的培養(yǎng)：取已經(jīng)過休眠期和光下催芽的馬鈴薯塊莖，按芽的位

置切成均等的四塊栽于花盆中，放在陽光充足的地方培養(yǎng)，出苗后要適

當(dāng)澆水。想一想，為了移植時苗的根部不受或少受傷害，用什么樣的基

質(zhì)育苗更好（啟發(fā)學(xué)生用沙壤土或干脆用沙子育苗，若用沙子育苗在出

苗后要適當(dāng)補(bǔ)充一定量的營養(yǎng)液）？

3）驗(yàn)證實(shí)施：當(dāng)苗長到15-20厘米左右時，就可供實(shí)驗(yàn)使用了。取苗時一

定要小心，要盡量避免對根的傷害，用清水沖洗干凈就可如圖1所示進(jìn)

行操作，然后放于實(shí)驗(yàn)室的陽臺上培養(yǎng)。培養(yǎng)過程中要注意適時的補(bǔ)液、

換液、通氣、監(jiān)控PH值等；特別強(qiáng)調(diào)一定要注意避免遮光部位被隨意打

開。同時也可以順便觀察向光性、頂端優(yōu)勢、吐水等現(xiàn)象，并分析其成

因。

6.3第三課時

移栽到營養(yǎng)液中的馬鈴薯植株經(jīng)過4-5周的培養(yǎng)后，就可以對其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

成果分析了。撤去遮光的黑布，可見圖2的結(jié)果。

6.3.1學(xué)生總結(jié)交流

學(xué)生以小組為單位，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評價，然后每組發(fā)表交流，主要得出如

下結(jié)論：馬鈴薯塊莖的著生部位受光的影響，只能著生在不見光的部位，與土壤

本身無關(guān)。同時學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程也進(jìn)行了自主的開放性評價，如向光現(xiàn)象、頂端

優(yōu)勢現(xiàn)象、吐水現(xiàn)象的成因以及植物生長所必需的礦質(zhì)元素、大量元素、微量元

素；植物吸水與吸收礦質(zhì)元素的關(guān)系；植物吸收礦質(zhì)離子與呼吸作用的關(guān)系；植

物對礦質(zhì)元素的吸收具有選擇性；馬鈴薯的生殖方式；環(huán)境對表現(xiàn)型的影響；不

遺傳的變異等等。

6.3.2教師引導(dǎo)提高

為了進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生思維，也為了激發(fā)學(xué)生不斷探索、勇于創(chuàng)新的精神，教

師要善于創(chuàng)設(shè)問題情境，調(diào)動學(xué)生思維中最積極的因素。為此我提出如下問題，

引發(fā)學(xué)生思考討論：

1）生長在植株上部的馬鈴薯與番茄的食用部分有何不同？

2）馬鈴薯能否著生在其植株頂端？其植株上莖的任何區(qū)段遮光后都能結(jié)出

塊莖嗎？

3）讓馬鈴薯塊莖著生于植株上部，這在生產(chǎn)和生活中有實(shí)用價值嗎？

4）馬鈴薯塊莖的著生部位主要受何波長的光的影響？

5）光照是如何通過植物激素對其生理活動進(jìn)行調(diào)節(jié)的？

第一個問題要讓學(xué)生加深認(rèn)識馬鈴薯塊莖即使著生在植株上部，其實(shí)質(zhì)也只

是變態(tài)的莖，番茄的食用部分是由子房