备课素材知识点：植物工厂特征- 高中生物人教版必修1

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植物工厂是一种新兴的农业生产模式，可人工控制光照、温度、CO2浓度等因素。不同光质配比对生菜幼苗体内的叶绿素含量和氮含量的影响如图甲所示，不同光质配比对生菜幼苗干重的影响如图乙所示。分组如下：CK组（白光）、A组（红光：蓝光=1:2）、B组（红光：蓝光=3:2）、C组（红光：蓝光=2:1），每组输出的功率相同。
回答下列问题：
（1）光为生菜的光合作用提供 ▲ ，又能调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求，若营养液中的离子浓度过高，根细胞会因 ▲ 作用失水造成生菜萎蔫。
（2）由图乙可知，A、B、C组的干重都比CK组高，原因是 ▲ 。由图甲、图乙可知，选用红、蓝光配比为 ▲ ，最有利于生菜产量的提高，原因是 ▲ 。
（3）进一步探究在不同温度条件下，增施CO2对生菜光合速率的影响，结果如图丙所示。
图丙
由图可知，在25℃时，提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳，判断依据是 ▲ 。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气，冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度，还可以 ▲ ，使光合速率进一步提高，从农业生态工程角度分析，优点还有 ▲ 。
答案：
（1）能量 渗透
（2）光合色素主要吸收红光和蓝紫光 3:2 叶绿素和含氮量最高，净光合速率最大
（3）光合速率最大且增加值最大 提高温度 污染少；促进物质循环利用；提高能量的利用率（答出1点即可）
解析：
（1）光为生菜的光合作用提供能量，若生菜生长的营养液中的离子浓度过高，根细胞会因渗透作用失水造成生菜萎蔫。
（2）据图甲可知，A、B、C组的叶绿素含量都比CK组高，因此A、B、C组光合作用强度大于CK组，A、B、C组的干重都比CK组高。由图甲、图乙可知，选用红、蓝光配比为3︰2,最有利于生菜产量的提高，原因是该光质配比下，叶绿素含量高，有利于吸收光能。
（3）据图丙可知，在25℃时，提高CO2浓度后的光合速率和大气CO2浓度下的光合速率之差最大，说明提高生菜光合速率的效果最佳。冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度，还可以提高温度，使光合速率进一步提高，从农业生态工程角度分析，优点是可以提高物质循环和能量利用率等。
这道试题题的情境是植物工厂，研究的是不同的光质对植物产量的影响，通过直方图和曲线分析原因，试题属于中等难度，也是常见的试题类型。
那么，植物工厂与传统农业相比，具有哪些特征？
广义的“植物工厂”是指在一定生产管理下的全年无休的植物生产系统，狭义的“植物工厂”是指在完全人工环境下的全年无休的植物生产系统。
植物工厂作为一种新型的农业生产方式，与传统农业相比，具有5个显著特征。具体特征如下：
（1）全封闭，对周围环境要求低
厂内的温度、湿度完全是人为控制。基本上不受或很少受所在地自然条件的影响，无论是温度、湿度、甚至光照等都可实现人工控制，不再受外界的温度、降水量、以及日照时间等影响。
它集合了多种高科技技术于一身，如利用制冷-加热双向调温系统控制厂房内的温度、以LED为人工光源提供“日照”，时间和强度均可人工控制，营养液实行电脑配制、检测与控制等，多个控制子系统相互关联，协同作用，对工厂内的环境实行实时监控，智能化管理。
（2）缩短了植物的收获期
在植物工厂内，因为对环境控制的非常精确，使植物始终处于最佳生长状态，所以大大的缩短了植物的收获期。
植物工厂在缩短植物收获期的同时，还可以大大提高空间利用率。在传统农业中，植物只能贴着地面种一层，而在植物工厂里，视植株生长的高矮以及厂房的高低，一般可种植7～10层，在充分利用生长空间、不增加生产成本的同时，显著提高了种植效益。
（3）植物生长的营养需要实现实时监控
在植物工厂里种植的植物，并不是我们常见的土壤栽培，而是无土栽培，即植物的根系生长在营养液里，其原理是土壤对植物生长的作用时提供各种营养元素和水分，而营养液也可以完全提供上述物质，如氮、磷、钾等大量元素及锌、铁、锰等微量元素，而且还可以根据不同植物的不同营养需要进行配制，由电脑实时监控，当某一营养元素缺乏时可以及时、快速补充，同时还可以大大缩短生长周期，但前提是需要充分了解所种植物的营养需求，这在一定程度上限制了种植品种，对于那些还不清楚营养需求的植物，则无法实现工厂化生产。
（3）LED灯代替阳光日照
植物工厂的一个显著特征是完全不用阳光，而是靠LED灯。“万物生长靠太阳”这是传统农业不变的真理，但是在植物工厂里，植物的生长则完全不靠太阳，整个空间几乎是密闭的，这样既可以防止外界气候对厂内环境的影响，同时也可避免厂内资源浪费。厂内用以代替日照的能源为LED灯，有的也使用荧光灯，两者单独使用或一起使用均可，但LED灯更节能，可降低生产成本。
虽然太阳光是全波段的，但植物更需要的是红光和蓝光，因此只要将红光和蓝光按照一定比例支撑光源，其所产生的光照效果即可与太阳光相媲美。虽然这需要耗费一定的电量，但是与日照光不可控相比，仍是一个不小的进步。
有人做过研究，用LED灯作光源与用太阳光做光源，对植物的生长和品质均无显著差异，而且还可以通过提高厂内二氧化碳浓度的方法，提高植物的光合作用，使植物的生长速度以及营养物质的积累速度均得到显著提升。
（4）生产成本较高
植物工厂作为一种新型的农业生产方式，与传统农业相比，虽然具有很多传统农业无法比拟的优势，但其也具有一个严重制约其发展的缺点，即生产成本较高。
其中既包括前期厂房建设时的投入，也包括工厂运转起来后的生产成本，能源消耗等。都要远远高于传统农业即大田生产。所以目前至少在我国，植物工厂还仅限在建立于高校或科研院所以及农业展示区等，还无法普及，其中一个重要原因就是生产成本过高，投入与产出很难达到平衡。只有在植物工厂内生产一些高端蔬菜或花卉等，才有望达到收支平衡。所以，如何有效的降低建设成本和生产成本，是今后植物工厂产业想要顺利发展所必须解决的一个难题。