備課素材：植物工廠特征- 高中生物人教版必修1

植物工廠特征先看一道試題：植物工廠是一種新興的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，可人工控制光照、溫度、CO2濃度等因素。不同光質(zhì)配比對(duì)生菜幼苗體內(nèi)的葉綠素含量和氮含量的影響如圖甲所示，不同光質(zhì)配比對(duì)生菜幼苗干重的影響如圖乙所示。分組如下：CK組（白光）、A組（紅光：藍(lán)光=1:2）、B組（紅光：藍(lán)光=3:2）、C組（紅光：藍(lán)光=2:1），每組輸出的功率相同?；卮鹣铝袉栴}：（1）光為生菜的光合作用提供

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，又能調(diào)控生菜的形態(tài)建成。生菜吸收營養(yǎng)液中含氮的離子滿足其對(duì)氮元素需求，若營養(yǎng)液中的離子濃度過高，根細(xì)胞會(huì)因

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作用失水造成生菜萎蔫。（2）由圖乙可知，A、B、C組的干重都比CK組高，原因是

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。由圖甲、圖乙可知，選用紅、藍(lán)光配比為

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，最有利于生菜產(chǎn)量的提高，原因是

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。（3）進(jìn)一步探究在不同溫度條件下，增施CO2對(duì)生菜光合速率的影響，結(jié)果如圖丙所示。圖丙由圖可知，在25℃時(shí)，提高CO2濃度對(duì)提高生菜光合速率的效果最佳，判斷依據(jù)是

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。植物工廠利用秸稈發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，冬天可燃燒沼氣以提高CO2濃度，還可以

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，使光合速率進(jìn)一步提高，從農(nóng)業(yè)生態(tài)工程角度分析，優(yōu)點(diǎn)還有

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答案：（1）能量

滲透（2）光合色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光

3:2

葉綠素和含氮量最高，凈光合速率最大（3）光合速率最大且增加值最大

提高溫度

污染少；促進(jìn)物質(zhì)循環(huán)利用；提高能量的利用率（答出1點(diǎn)即可）解析：（1）光為生菜的光合作用提供能量，若生菜生長的營養(yǎng)液中的離子濃度過高，根細(xì)胞會(huì)因滲透作用失水造成生菜萎蔫。（2）據(jù)圖甲可知，A、B、C組的葉綠素含量都比CK組高，因此A、B、C組光合作用強(qiáng)度大于CK組，A、B、C組的干重都比CK組高。由圖甲、圖乙可知，選用紅、藍(lán)光配比為3︰2,最有利于生菜產(chǎn)量的提高，原因是該光質(zhì)配比下，葉綠素含量高，有利于吸收光能。（3）據(jù)圖丙可知，在25℃時(shí)，提高CO2濃度后的光合速率和大氣CO2濃度下的光合速率之差最大，說明提高生菜光合速率的效果最佳。冬天可燃燒沼氣以提高CO2濃度，還可以提高溫度，使光合速率進(jìn)一步提高，從農(nóng)業(yè)生態(tài)工程角度分析，優(yōu)點(diǎn)是可以提高物質(zhì)循環(huán)和能量利用率等。這道試題題的情境是植物工廠，研究的是不同的光質(zhì)對(duì)植物產(chǎn)量的影響，通過直方圖和曲線分析原因，試題屬于中等難度，也是常見的試題類型。那么，植物工廠與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比，具有哪些特征？廣義的“植物工廠”是指在一定生產(chǎn)管理下的全年無休的植物生產(chǎn)系統(tǒng)，狹義的“植物工廠”是指在完全人工環(huán)境下的全年無休的植物生產(chǎn)系統(tǒng)。植物工廠作為一種新型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比，具有5個(gè)顯著特征。具體特征如下：（1）全封閉，對(duì)周圍環(huán)境要求低廠內(nèi)的溫度、濕度完全是人為控制?；旧喜皇芑蚝苌偈芩诘刈匀粭l件的影響，無論是溫度、濕度、甚至光照等都可實(shí)現(xiàn)人工控制，不再受外界的溫度、降水量、以及日照時(shí)間等影響。它集合了多種高科技技術(shù)于一身，如利用制冷-加熱雙向調(diào)溫系統(tǒng)控制廠房內(nèi)的溫度、以LED為人工光源提供“日照”，時(shí)間和強(qiáng)度均可人工控制，營養(yǎng)液實(shí)行電腦配制、檢測(cè)與控制等，多個(gè)控制子系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)，協(xié)同作用，對(duì)工廠內(nèi)的環(huán)境實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，智能化管理。（2）縮短了植物的收獲期在植物工廠內(nèi)，因?yàn)閷?duì)環(huán)境控制的非常精確，使植物始終處于最佳生長狀態(tài)，所以大大的縮短了植物的收獲期。植物工廠在縮短植物收獲期的同時(shí)，還可以大大提高空間利用率。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，植物只能貼著地面種一層，而在植物工廠里，視植株生長的高矮以及廠房的高低，一般可種植7～10層，在充分利用生長空間、不增加生產(chǎn)成本的同時(shí)，顯著提高了種植效益。（3）植物生長的營養(yǎng)需要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控在植物工廠里種植的植物，并不是我們常見的土壤栽培，而是無土栽培，即植物的根系生長在營養(yǎng)液里，其原理是土壤對(duì)植物生長的作用時(shí)提供各種營養(yǎng)元素和水分，而營養(yǎng)液也可以完全提供上述物質(zhì)，如氮、磷、鉀等大量元素及鋅、鐵、錳等微量元素，而且還可以根據(jù)不同植物的不同營養(yǎng)需要進(jìn)行配制，由電腦實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)某一營養(yǎng)元素缺乏時(shí)可以及時(shí)、快速補(bǔ)充，同時(shí)還可以大大縮短生長周期，但前提是需要充分了解所種植物的營養(yǎng)需求，這在一定程度上限制了種植品種，對(duì)于那些還不清楚營養(yǎng)需求的植物，則無法實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)。（3）LED燈代替陽光日照植物工廠的一個(gè)顯著特征是完全不用陽光，而是靠LED燈?！叭f物生長靠太陽”這是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)不變的真理，但是在植物工廠里，植物的生長則完全不靠太陽，整個(gè)空間幾乎是密閉的，這樣既可以防止外界氣候?qū)S內(nèi)環(huán)境的影響，同時(shí)也可避免廠內(nèi)資源浪費(fèi)。廠內(nèi)用以代替日照的能源為LED燈，有的也使用熒光燈，兩者單獨(dú)使用或一起使用均可，但LED燈更節(jié)能，可降低生產(chǎn)成本。雖然太陽光是全波段的，但植物更需要的是紅光和藍(lán)光，因此只要將紅光和藍(lán)光按照一定比例支撐光源，其所產(chǎn)生的光照效果即可與太陽光相媲美。雖然這需要耗費(fèi)一定的電量，但是與日照光不可控相比，仍是一個(gè)不小的進(jìn)步。有人做過研究，用LED燈作光源與用太陽光做光源，對(duì)植物的生長和品質(zhì)均無顯著差異，而且還可以通過提高廠內(nèi)二氧化碳濃度的方法，提高植物的光合作用，使植物的生長速度以及營養(yǎng)物質(zhì)的積累速度均得到顯著提升。（4）生產(chǎn)成本較高植物工廠作為一種新型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比，雖然具有很多傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)無法比擬的優(yōu)勢(shì)，但其也具有一個(gè)嚴(yán)重制約其發(fā)展的缺點(diǎn)，即生產(chǎn)成本較高。其中既包括前期廠房建設(shè)時(shí)的投入，也包括工廠運(yùn)轉(zhuǎn)起來后的生產(chǎn)成本，能源消耗等。都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)即大田生產(chǎn)。所以目前至少在我國，植物工廠還僅限在建立于高?；蚩蒲性核?/p>