科目:地球與空間科學(xué)/土壤

課程時間:9～10周

適合年級:7～12

材料/技術(shù)

●20顆豆科植物的種子，例如豌豆、四季豆或三葉草。這些種子不能是提前嫁接過的(如果種子皮是有顏色的，通常表示這個種子是嫁接過的)。

●一個根瘤菌細菌的接種體，必須是對選定的宿主植物具有特定指向性的?？梢詮姆N子零售商那里買到合適的宿主種子以及細菌接種體。

●4個一樣的或非常類似的花盆(或者其他適合的容器，但必須帶有排水孔)，花盆大小以足夠裝下1品脫(大約550毫升)土壤為宜。

●4品脫(大約2200毫升)細沙。

●1茶匙0-20-20(氮-磷-鉀的成分比)的肥料;或者2茶匙0-10-10或0-10-5的肥料。只要它們不含有或幾乎不含有氮，那么就可以使用不同的比率，例如0-12-6。

●天平。

●小盆，用來將植物上的土壤洗掉。

安全注意事項

當處理肥料以及細菌接種體時，應(yīng)格外小心。

學(xué)習(xí)成果

學(xué)生們應(yīng)該能夠:

●收集、記錄并分析得到的數(shù)據(jù)。

●鑒別調(diào)節(jié)裝置并確認實驗中的變量。

●描述具有以及不具有固氮細菌植物的生長情況。

●給那些可以為植物制造氮元素的細菌命名。

問題與目的

像可以影響植物生長的根瘤菌這樣的硝化細菌，其作用是什么?

背景與調(diào)查

這一實驗將會利用一種根瘤菌類土壤細菌以及一個宿主豆莢，來闡釋土壤微生物在土壤多產(chǎn)化及營養(yǎng)豐富化方面所起的作用。

假設(shè)

在通讀并理解了實驗步驟后做出假設(shè)。例如:細菌根本不會影響豆莢的生長。

程序

1. 為每個容器貼上不同的標簽

●沒有附加物(沙子和植物);

●嫁接過的——沒有施肥(沙子、細菌和植物);

●沒有嫁接過的——施過肥的(沙子、肥料和植物);

●嫁接過的——施過肥的(沙子、肥料、細菌和植物)。

2. 將一半沙子(2品脫，大約1100毫升)放入混合碗或用于混合物的容器中，并在沙子中加入1茶匙0-20-20的肥料，攪拌均勻。如果使用0-10-10或0-10-5比率的肥料，就要用2茶匙的量;如果使用其他比率的肥料，也要按比例調(diào)整用量。

3. 向3號和4號盆中放入1品脫(大約550毫升)施過肥的土壤。向1號和2號盆中放入1品脫(大約550毫升)沒施過肥的土壤。

4. 在每個盆中都種下5顆種子。

5. 在2號和4號盆中的沙子表層加入根瘤菌接種體。注意不要把根瘤菌錯放入沒有接種的盆中從而造成污染。

6. 給所有盆澆水，直到盆中的水剛好從盆底部的小孔溢出為止?？梢允褂米詠硭蛘麴s水。如果你使用的水是加過氯的，那么最好在使用前先將其在容器中放置一天，讓水中的氯消散掉然后再使用。

7. 將每個盆分開放置于淺盤子或托盤中。讓他們共同(以避免環(huán)境因素的影響)處于一個溫暖、照明良好的位置，并且及時補充水分以使其保持潮濕。

8. 如果在種子已經(jīng)發(fā)芽并長出幾英寸高后，其中的一盆或幾盆只有少于5顆的種子發(fā)芽，那么就去掉發(fā)芽最少的那盆，這樣每盆中的發(fā)芽種子就保持一致了。

9. 根據(jù)課前的介紹讓學(xué)生們預(yù)測實驗結(jié)果，并將這些預(yù)測記錄下來。

10. 每周至少2次進行觀察測量并記錄實驗結(jié)果和發(fā)現(xiàn)。這些植物大概需要6周的時間生長出根節(jié)結(jié)，所以這一活動至少要進行9～10周的時間，這樣才能觀察到使用與不使用根瘤菌的情況下，植物生長之間的差別。

11. 測量并記錄下每個盆中植物在空氣中部分的高度。確定各個盆中植物的平均高度。在數(shù)據(jù)表中記錄下來。

12. 觀察植物的外表，包括顏色、葉子大小、葉片間隔，以及其他觀察到的特征，記錄在數(shù)據(jù)表中。

13. 在9周實驗期結(jié)束時，收割實驗植物。在收割時，將容器浸到一個浴盆中，并小心地把植物根部的泥土洗掉。注意不要在收割的時候破壞實驗對象。

14. 在清洗過后，記錄下每盆中實驗植物的濕重。

15. 畫一張草圖或者用語言描述實驗植物根部生長時的不同之處，并比較節(jié)結(jié)的形成以及每盆植物生命活力的不同。

16. 將實驗植物在有陽光的地方放置幾天風(fēng)干，直到可以稱量出一個比較穩(wěn)定的干重數(shù)值。記錄下每盆中植物的總干重。

17. 解釋說明測量到和觀察到的結(jié)果，并將其與你的預(yù)測進行對比，最后寫下你的結(jié)論。

數(shù)據(jù)表(見下頁表)

結(jié)果與分析

利用在數(shù)據(jù)表中收集到的數(shù)據(jù)制作一張曲線圖，水平軸為時間，縱軸為植物高度(厘米)。為了對比實驗結(jié)果，要將4盆植物的實驗數(shù)據(jù)都繪制在同一張圖上。只將每盆的平均值繪制其上即可。

利用收割植物時獲得的數(shù)據(jù)繪制一張條線圖，縱軸為植物質(zhì)量，將每盆的標簽貼在水平軸上。將每盆的濕重和干重分別繪制成兩條條線圖。

利用圖表中的數(shù)據(jù)寫一段總結(jié)，概括出4組植物的不同之處。

結(jié)論

你的假設(shè)成立了嗎?為什么成立或者為什么不成立?

在實驗過程中出現(xiàn)的問題是否可以通過進一步研究解決?

如果對一組豌豆使用根瘤菌接種體，你認為會產(chǎn)生什么樣的影響?在現(xiàn)有實驗基礎(chǔ)上，如何通過進一步實驗來檢驗“根瘤菌細菌可以增加土壤中的氮元素”這一假設(shè)?

評估

可能出現(xiàn)的評估問題:

●使用清洗過的沙子作為“土壤”的目的是什么?

●什么是固氮作用?

●實驗中哪種植物的地上生長高度最高?

●實驗中哪種植物的根部產(chǎn)生節(jié)結(jié)最多?

●硝化細菌與豆類例如豌豆植物之間的關(guān)系是什么?

拓展

●使用一種非豆類與一種豆類來研究更有利的共生關(guān)系。

●檢查植物根部的節(jié)結(jié)，并將其放入培養(yǎng)皿中以研究產(chǎn)生的細菌。

●檢查出現(xiàn)硝化細菌的土壤和器皿。

Falcon編譯

詞匯表

植物生長在空氣中的部分——指植物暴露在地表之上的那些部分。

培養(yǎng)皿——指一種帶有培養(yǎng)基的特別器皿，通常是用瓊脂制成，有一個蓋，用其來培養(yǎng)細菌，令細菌在其內(nèi)生長。

肥料——指大量天然或人工合成物質(zhì)中的一種，包括肥料和氮、磷、鉀化合物，在土壤表面或內(nèi)部作用，以增長其生產(chǎn)力，促使植物生長。

嫁接——指將微生物灌輸?shù)缴飪?nèi)部。

豆莢——指豆類家族中的一種。豆莢可以與根部節(jié)結(jié)上的根瘤菌產(chǎn)生共生關(guān)系。細菌幫助豆莢固氮，而豆莢則可以為細菌提供生存的空間。

硝化細菌——指很多可以參與氮循環(huán)的土壤細菌之一，循環(huán)過程包括氧化銨轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，或亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。

固氮——指通過某種土壤微生物的轉(zhuǎn)化過程，例如根瘤菌就可以把大氣中的氮轉(zhuǎn)化為植物及其他有機物可以吸收的混合物。

根瘤菌——指眾多根瘤菌類固氮細菌中的一種，它們可以在豆類植物的根部形成節(jié)結(jié)，例如三葉草和豆子。

根部——指植物在地面以下的部分。也就是豆類植物根部形成的節(jié)結(jié)，其內(nèi)部含有硝化細菌。

共生——指兩種或兩種以上不同種類的不同生物體之間，緊密而長久的聯(lián)系，但并不一定是對雙方都有利的。