作物栽培学是农学专业的核心基础课,其中有个水稻理论与实践教学，是南方农业高校最重要的内容。水稻叶龄模式，是根据水稻器官同伸规律，应用水稻主茎叶片生育进程，来确定水稻的生育时期及其相应的高产栽培技术和肥水管理“促”“挖”措施。它是南京农业大学凌启鸿教授等，集国内外有关研究成果，经多年研究建立的以高光效群体为中心的一种新型栽培理论及技术体系。

掌握水稻叶片与器官生长发育同伸规则，是作物栽培学理论与实践的基础。但在实验实践教学过程中，由于水稻生长周期长导致实验时空跨度大、微观结构进程实时观测难度高等客观因素的限制，无法保证学生很好地参与到整个过程，这很大程度地制约了学生实践能力、创新能力、综合能力的培养。需要借助虚拟仿真实验，利用计算机三维建模技术、虚拟仿真技术，建设一套“水稻生长发育虚拟仿真实验”，突破时空限制，以叶龄进程为主线，展现包括种子萌发、分蘖、拔节孕穗等各时期的教学难点，让学生掌握叶片与器官同伸规则，并熟悉相关诊断实验。

根据水稻从种子开始叶片声震发育的“1包4规律”、叶蘖和叶根的“X-3规律”、叶节的“X叶抽出、X-1～X-2叶节叶节伸长”、倒4叶开始的幼穗分化叶龄诊断规律，运用三维动画模拟技术，将原本需要近4～5个月的水稻生长周期知识与实验操作浓缩在4个课时内。通过虚拟胚的萌发与营养物质消耗过程，掌握种子萌发过程的生理变化；通过将主茎叶片与分蘖进行颜色区分，明确把握叶蘖同伸规律；动态展示叶片的生长发育过程，帮助学生理解叶叶同伸规律；对根部分蘖节的生长过程进行放大，清晰展示叶根同伸规律的内容；将叶片与节间发育进行对应，引导学生掌握叶节同伸规律；模拟幼穗的微观动态发展，呈现叶龄余数与穗分化的对应关系。针对各关键生育期的主要发育器官，分别对稻种、叶片、分蘖、根、茎秆（节和节间）、幼穗进行立体观察与结构拆解，掌握相关实验步骤和方法。

所有动态模拟均为可交互的实时三维动画，多角度观察水稻的生长发育动态过程，在时间轴上可任意对每一叶片生长点进行精准展示，实现了水稻生长发育的三大时期的状态再现。从而实现水稻生育进程的叶龄模式的虚拟呈现，帮助学生对这一教学重点、难点的领悟与掌握。

实验环节如图：

用户使用电脑网络终端设备访问“水稻叶片与器官生长发育同伸虚拟仿真实验”项目详情页（网址：http://rice.lnkun.com/#/homepage），可了解项目内容、各实验模块及团队老师，点击“进入实验”，即可登录项目管理平台。平台分为项目介绍、进入实验、资源查看、查看成绩、学习论坛、水稻地图、水稻模型等七个模块。通过项目介绍和相关资源的学习后，点击“进入实验”，即可开展在线虚拟仿真操作。在考核模式的实验过程中，可提交答卷，并从“查看成绩”模块对所有考核的知识点进行查遗补漏，及时巩固提高。

（2）学生交互性操作步骤说明：

以叶龄进程为主线，展现包括幼苗期、分蘖期、拔节孕穗期等各生长发育时期的教学难点，帮助学生构建水稻生长发育全周期的知识体系。项目依据三大生长发育时期，共分为17个步骤。

一、幼苗期

步骤1：稻种结构认知

学生可使用鼠标左键、滑轮和右键分别对稻种进行旋转、缩放和移动；点击稻种部位上的序号或右侧按钮，进行局部观察学习；并可对稻种结构进行拆解，了解稻种内部由糙米、内/外颖、护颖等部位组成。

稻种结构拆解

步骤2：胚的结构认知

胚位于稻种内部糙米上，由卵细胞的卵核与精子受精后发育而成，为新的有机体的原始体，学生可使用鼠标多角度观察胚的结构，点击部位上的序号进行学习，掌握胚的结构组成，包括胚芽鞘、幼叶、胚根、胚根鞘等，为后续学习稻种萌发打好基础。

胚的结构认知

步骤3：观察稻种萌发

从种子萌发至三叶期，为水稻的幼苗期。拖动进度条，学生可学习稻种萌发与幼苗生长具体过程，并了解稻种内部胚乳淀粉物质供给稻种生长的过程；点击“观察根系结构”按钮，清晰观察该时期的根系结构。

稻种萌发

步骤4：稻种识别

学生进入虚拟实验室进行相关实验操作，根据左侧步骤列表与顶部操作提示的指引，完成包括识别水稻品种和判断种子萌发力两部分的实验内容。

（1）识别水稻品种

①籼/粳稻

通过完成籼/粳稻的形态特征、长宽比和石炭酸反应三种区分方式的实验操作，学生可掌握稻种类别判定的方法。

②糯/粘稻

通过完成形态特征和染色反应等两种区分方式的实验操作，学生可学习糯/粘稻判定的具体方法，了解糯/粘稻两类品种在外观形态与内部淀粉组成成分的不同。

（2）判断种子萌发力

①染色前准备

学生可学习种子染色前需要进行的各项操作及注意事项。

步骤概要如下：

预浸→拆分并编号→高温蒸煮→剥去种皮→沿水稻种胚的中心线纵切；

②TTC法染色

学习TTC法染色的详细流程及注意事项，并根据染色结果对稻种的萌发力进行判断。

步骤概要如下：

加入0.1%TTC（氯化三苯基四氮唑）溶液→置于恒温箱0.5-1小时，温度为40℃→观察种子胚部的红色反应以鉴定其活力。

③红墨水法染色

学习红墨水法染色测定的方法步骤及操作难点，根据红墨水的染色结果判断萌发力。

步骤概要如下：

加入少量5%的红墨水，染色10-15分钟→取出洗净，冲洗至无色→检查种子的活力。

二、分蘖期

步骤5：完全叶结构认知

使用鼠标多角度查看水稻完全叶的外部形态，点击部位上的序号，学习叶片、叶鞘、叶耳、叶舌、叶枕，掌握完全叶的判断方法。

步骤6：观察叶蘖同伸

叶蘖同伸规律因涉及叶片较多，难以区分，一直是教学难点。拖动进度条，查看水稻分蘖期的生长过程；点击右侧按钮，对主茎叶与分蘖叶进行分组观察，掌握叶蘖同伸规律的具体内容与判断分蘖期叶龄的方法。

步骤7：观察叶叶同伸

通过同时展示主茎外部两片叶子的生长状况与内部两片叶子的微观变化，学生可拖动进度条，观察叶叶同伸规律的具体过程，掌握根据某一主茎叶片生长状态判断其他叶片生长状态的技巧方法。

叶叶同伸

步骤8：验证叶叶同伸

通过选取某一叶龄期水稻，从工具箱中选取直尺或显微镜，分别对X叶、X＋1叶、X＋2叶、X＋3叶等四片叶子进行测量观察，并对比该叶龄期水稻四片叶子早期和晚期的生长发育状况，佐证叶叶同伸规律的具体内容。

步骤9：观察叶根同伸

水稻根部的分蘖节根系繁多，难以观察。界面左侧展示主茎叶片生长，右侧展示根系纵切后分蘖节生长与发根情况，拖动进度条，学生可学习叶根同伸规律的具体内容，即X叶长出时，底部X叶的分蘖节长出，X-3分蘖节发根。

叶根同伸

三、拔节孕穗期

步骤10：认识茎的结构

使用鼠标对水稻茎进行多角度观察，点击茎部位上的序号，进行学习，掌握茎的整体结构与具体部位，学习叶片与节的对应关系，了解判断茎上节间数量的方法。

步骤11：观察叶节同伸

拖动进度条，观察主茎叶片生长、内部节间发育及某一节间微观结构变化的动态过程，学生可从整体与局部两个角度掌握叶节同伸规律的具体内容，并了解判断某一节间生长状态的方法要领。

叶节同伸

步骤12：验证叶节同伸

设定水稻品种为16叶（N=16），5个伸长节间（n=5），以叶龄为14叶的水稻为例，从工具箱中选取直尺或显微镜，分别对三段节间的生长状态进行观察，对比该叶龄期水稻三段节间早期和晚期的生长发育情况，佐证叶节同伸规律的具体内容。

步骤13：制作石蜡切片

在该步骤，学生可前往虚拟实验室，根据左侧步骤列表与顶部提示框的指引，学习石蜡切片的制作过程及注意事项，包括取样、固定和软化、脱水、透明、浸蜡、包埋、切片等。通过制片，观察水稻茎的内部细胞结构，掌握判断水稻节间生长状态的具体方法。

步骤14：观察幼穗分化

界面左侧为主茎倒数4叶的生长过程，右侧为当前穗分化的微观状态，拖动进度条，学生可观察叶片与幼穗分化的同时生长过程，掌握幼穗分化的不同时期的具体形态、穗分化与叶龄余数的对应关系。

步骤15：生体解剖法

了解水稻幼穗分化1-5期不同阶段的形态特征，根据左侧步骤列表与顶部提示框的指引，学习生体解剖法的实验流程及注意事项，掌握幼穗分化发育时期的判断方法，为水稻穗肥的正确施用提供技术支撑。

步骤概要如下：

取出一株水稻→剥除外部完全叶→剥除内部不完全叶→切下幼穗，置于显微镜下观察.

步骤16：颖花结构认知

使用鼠标对颖花进行多角度立体观察，点击部位上的序号，学习各部位的相关知识，并对颖花进行结构拆解或剖面查看，全面掌握颖花的外部形态特征与内部微观结构组成。

观察颖花结构组成

步骤17：花药涂抹制片显微镜检查法

了解水稻幼穗分化7-8期不同阶段的形态特征，根据界面的操作指引，学习花药涂抹制片显微镜检查法的实验流程及注意事项，掌握幼穗分化发育时期的判断方法及理论依据。

步骤概要如下：

取出一株水稻→剥除植株叶片→取下颖花→分开内、外颖→从颖花中取出花药，置于载玻片上→滴加醋酸洋红进行染色→盖上盖玻片→将花药捣烂→吸干多余染液→显微镜观察孢原细胞或孢子的发育情况.