植物缺素培养实验报告
时间：2020-11-02 12:21:53 来源：天一资源网 本文已影响 人 
实验一：玉米的溶液培养及缺素培养实验 一、实验目的 1、掌握种子发芽和无土栽培的实验技术以及配制贮备液的方法，了解氮、磷、钾等元素对植物生长发育的影响和学习判断缺素症状。
2、了解分光光度计的使用方法；
掌握计算叶绿体各色素成分含量的方法。
3、学会 AM-300 手持式叶面积仪测定叶面积的方法
二、实验原理 1、植物在必需的矿物元素供应下正常生长，如缺少某一元素，便会产生相应的缺乏症。用适当的无机盐制成营养液，即能使植物正常生长，称为溶液培养，如果用缺乏某种元素的缺素液培养，植物就会呈现缺素症状而不能正常生长发育。将所缺元素加入培养液中，该缺素症状又可逐渐消失。
2、叶片中叶绿素含量的高低是反映植物叶片光合能力的一个重要指标。另外，叶绿素的含量是植物生长状态的一个反映，一些环境因素如干旱、盐渍、低温、大气污染、元素缺乏都可以影响叶绿素的含量与组成，并因之影响植物的光合速率。根据朗伯—比尔定律，某有色溶液的吸光度 A 与其中溶质浓度 C 和液层厚度 L 成正比，即 A＝KCL式中：K 比例常数。当溶液浓度以百分浓度为单位，液层厚度为 1cm
时，K 为该物质的吸光系数。如果溶液中有数种吸光物质，则此混合液在某一波长下的总吸光度等于各组分在相应波长下吸光度的总和。这就是吸光度的加和性。
3、叶片性状特征直接影响到植物的基本行为和功能。叶面积是植物研究中的一个常用指标,叶面积的大小决定着植物接收光合有效辐射(photosynthetically active radiation,PAR)的量,与干物质产量和地上净初级生产力有密切关系,反映了植物对其地理分布和养分条件等外界因素的适应策略。同时,叶面积也是影响植物生长、果实发育和品质的重要生理和形态指标。
三、用品与材料 1、材料：玉米种子；
2、用品：培养缸、试剂瓶、容量瓶、烧杯、移液管、量筒、精密天平、棉花(或海绵)刻度尺、分光光度计、AM-300 手持式叶面积仪；
3、试剂：硝酸钙、硝酸钾、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、硫酸镁、氯化钾、氯化钙、硫酸锰、乙二胺四乙酸二钠、硫酸亚铁、硼酸、硫酸锌、氯化锰、钼酸、硫酸铜。
四、实验步骤 1、育苗。选大小一致饱满成熟的植物种子，放在培养皿中萌发，长成 5~7cm 小苗时，选择生长势一致的植株进行溶液培养。
2、配制培养液(贮备液)。取分析纯的试剂，按实验表 2-1 用量配制成贮备液。
3、按表 2-2 配制完全液和缺 K 液 4、水培装置准备。取 1L 的培养缸，若缸透明，则在其外壁涂以黑漆或用黑纸套好，使根系处在黑暗环境中，缸盖上应打有数孔，用海绵或棉花固定植物幼苗。
5、移植与培养。将以上配制的培养液中各加蒸馏水至 1000ml ，将幼苗根系洗干净，小心穿人孔中，用棉花或海绵固定，使根系全浸入培养液中，放在阳光充沛、温度适宜 (20～25℃)的地方。
6、管理、观察。每三天加蒸馏水一次以补充瓶内蒸腾损失的水分。培养液一星期更换一次，最好每天通气 2～3 次或进行连续微量通气，以保证根系有充足的氧气。
7、三周后，进行高度、净重及叶面积的测量，并进行记录。
8、把缺素和完全溶液培养的玉米叶各称量 0.2g，加入少量 95%酒精研磨成匀浆，最后定容至 10ml。
8、加入比色杯中，使用分光光度计进行吸光值测量。
9、整理并统计所有数据，获得结论。
五、实验结果 表 表 1 ：缺素培养、完全培养的玉米苗的外部形态特征
照片
第4天 第8天 第12天
第15天 第19天 第21天
表 表 2 ：缺素培养前后玉米苗生长状况
完全培养A组 缺素培养 A 组 完全培养 B 组 缺素培养 B 组 培 养前 高(cm) 9.80 10.30 10.20 9.50 10.00 10.40 8.00 8.31 8.21 7.80 8.27 8.43 第 3天 高度(cm) 21.20 22.10 19.60 19.5 15,5 19.4 17.0 18.8 16.7 17.4 9.0 16.4 第 15天 高度(cm) 52.4 37.9 42.4 24．9 34.1 21.1 28.1 50.1 45.9 29.5 33.5 22.8 3 周后 高度(cm) 62.1 54.8 54.4 28.0 38.1 23.2 53,7 60.1 58.0 34.0 37.4 24.0 表 表 3 ：第 21 天（第三周）玉米苗各项指标
完全培养 A 组 缺素培养 A 组 完全培养 B 组 缺素培养 B 组 编号 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 地 上 株高(cm) 62.1 54.8 54.4 28.0 38.1 23.2 53,7 60.1 58.0 34.0 37.4 24.0 根 冠 长度(cm) 21.2 17.9 18.2 10.4 13.8 9.9 16.4 20.0 16.7 11.3 11.4 8.6 地 上 ：根冠
地 上 质量(cm) 11.85 9.05 6.41 1.86 2,26 2.58 10.03 11.35 10.29 1.65 2,10 0.62 地 下 质量(cm) 2.89 3.31 0.91 0.66 0.74 1.20 2.44 2.91 2.78 0.57 0.67 0.29 叶 面 积(cm2) 53.9 50.1 47.8 30.3 38.5 29.0
表 表 4 ：叶绿素 a 、叶绿素 b 的含量测定：
649nmOD平均值 665nmOD平均值 Ca（mg/L）
Cb（mg/L）
C 总 （mg/L）
完全培 1.014 2.12 22.60 9.79 32.29
养 缺钾培养 0.76 1.72 18.77 6.38 25.15 注：计算公式如下：
Ca= 13.95*A 665 – 6.88*A 649 Cb= 24.96*A 649 – 7.32*A665 CT
= Ca+ Cb 表 5：
六、分析与讨论 1、从表 1 的图片和表 3 的叶面积比较中可看出，缺钾培养液培养的的玉米苗的叶面积明显比对照组的要小，而且可以看到老叶叶尖和叶缘有明显变黄。根据观察，玉米幼苗处理后第 6 天株高出现明显差异，第 8 天老叶叶片出现块状失绿，叶脉颜色浅于完全培养组，随后叶片出现黄斑，叶边缘不平整，叶肉部分上凸，茎秆短细，叶尖干枯至枯萎，生长情况明显比缺素组差。在第三周实验结束时，部分缺钾培养植株的新叶的叶尖也开始有变黄，而部分老叶已经枯萎或叶上有多条黄色条纹。在李富恒【 1 】
等对缺钾玉米培养的研究中，证明了钾元素影响植株生长，特别是叶面积的增大及酶的合成，这会使得植物的光合作用效率大大降低，使植株的粗细、高度等降低。
2、从表 2 可以看到，在未进行缺素培养时，完全培养组和缺素培养组的玉米苗高度、生长状况基本相同，但在培养过程中，完全培养的植株无论是粗细比缺素培养的植株要粗，高度比缺素培养都要高。
3、从表 3 可以看到，完全培养的植株除了地上株高等均比缺素培养的高，其根冠发达程度也比缺素培养的植株要大。根据观察，完全培养植株的根部分支多，洁净呈白色，根冠的长、宽都比缺素培养的大，且缺素植株的根部大部分发黄，有少许腐烂现象。根据李秧秧、范德纯 [3]
的实验，缺钾严重影响地上部的生长，是因为钾离子是叶绿素合成途径相关酶的激活剂，可以激活叶绿素合成的相关酶，促进叶绿素的合成，以保证光合作用的进行。在缺钾营养液下，玉米叶片中叶绿素含量要低；
在完全营养液中，提供充足的钾离子，叶片叶绿素含量要高。缺素组的玉米苗叶绿素含量远远不及完全组的玉米苗，因此对地上的影响是最大的。
4、从表 4 可以看出，缺素组的分光光度计的 Ca 值、Cb 值及 C总比完全组的低，证明缺素组的叶绿素 a、b 均比完全组的要低，且叶绿素总量要比完全组的要低。在李富恒 [1] 等对缺钾玉米培养的研究中，两个品种的完全液培养的叶绿素含量均比缺钾的高。钾离子是叶绿素合成途径相关酶的激活剂，可以激活叶绿素合成的相关酶，促进叶绿素的合成，以保证光合作用的进行。在缺钾营养液下，玉米叶片中叶绿素含量要低；
在完全营养液中，提供充足的钾离子，叶片叶绿素含量要高。钾不仅能促进氮的吸收，而且能促进含氮化合物向蛋白质合成场所运输，促进氨基酸合成蛋白质和稳定蛋白质的结构，因而可以促进氮代谢，进而加速光和色素的形成。缺钾培养玉米叶片叶绿素的降低与缺钾使氮循环受阻，导致光合能力弱，合成的光合产物少有关。
植物必需元素的生理作用及缺素症状
根据必须元素在植物体内的移动性，必需元素可分为两类，可移动的，如N、P、K、Mg、Zn、B、Mo，这些元素在植物体内可被再利用，当植物缺乏这些元素时，这些元素从老的部位转移到幼嫩部位，因此缺素症状表现在老叶上。难移动的元素，包括Ca、S、Fe、Mn、Cu，这些元素被利用后，很难移动，当植物缺乏这些元素时，新生的组织由于缺乏这些元素，首先表现出缺素症状。
1．氮（N）
氮占植物干物重1—3%。植物吸收的氮以无机氮为主（NO-3，NO-2，NH+4），有时也吸收简单的有机氮，如尿素（CO(NH2)2）和氨基酸的等。
氮在植物生命活动具有重要的作用，因为它是许多化合物的组分；
（1）遗传物质——核酸；
（2）生物催化剂——酶；
（3）酶活性调节物质——维生素，辅基，辅酶，激素；
（4）细胞膜的骨架——磷脂；
（5）光受体——叶绿素，光敏素；
（6）能量载体——ADP,ATP等；
（7）渗透物质——脯氨酸，甜菜碱。
缺氮时，较老的叶片先退绿变黄，有时在茎，叶柄或老叶上出现紫色。严重缺氮时，叶片脱落，植株矮小叶片黄瘦，甚至停止生长，老叶枯萎死亡。
氮素在体内的代谢特点是可以移动，可再利用，（当植株）缺氮时，老叶中的氮素转移到新生组织，满足组织对氮素的需要，因此，缺氮症状首先表现在老叶上（老叶退绿变黄）。
2．磷（P）
磷在植物生命活动中也起着非常重要的作用。植物主要以H2PO-4的形式吸收磷。在低PH值下，以吸收H2PO-4为主，在高PH值下以吸收HPO2--为主。
磷也是许多重要化合物的组分：（1）遗传物质——核酸；
（2）膜的骨架——磷脂；
（3）酶活性调节者——磷酸辅基，辅酶（FAD,NAD,FMN,NADP等）和维生素等；
（4）能量载体——ATP,ADP等；
（5）调节物质运输（磷酸蔗糖）；
（6）调节PH值。
缺磷的症状：叶片暗绿，茎叶出现红紫色。
磷在植物体内的代谢特点是可以移动，可再利用，所以缺磷症状首先表现在老叶上。
3.钾（K）
钾也是植物体内的重要元素，是体内必需元素中唯一的一价金属离子，在体内呈离子态。钾在体内的主要作用是调节作用：（1）调节气孔开闭；
（2）调节根系吸水和水分向上运输（根压）；
（3）渗透调节；
（4）调节酶活性——许多酶的活化剂，如谷胱甘肽合成酶，琥珀酸CoA合成酶，淀粉合成酶，琥珀酸脱氢酶，果糖激酶，丙酮酸激酶等60多种酶；
（5）平衡电性：在氧化磷酸化中，K+与Ca2+做为H+的对应离子平衡H+荷，在光合磷酸化中，K+与Mg2+做为H+的对应离子，平衡H+的电荷；
（6）调节物质运输（韧皮部含有大量的K+）。
钾的缺素症状：叶尖与叶缘先枯萎，逐渐呈烧焦状。另一个主要症状：钾在体内是可移动的，可再利用，缺钾症状首先出现在老叶上。
4．硫（S）
植物主要以SO42-形式吸收硫。硫是许多重要化合物的组分：91）蛋白质（含硫氨基酸，半胱氨酸，蛋氨酸）；
（2）膜的组分——硫脂；
（3）电子传递体的组分—Fd，Fe-s；
（4）维生素（硫胺素Vb1，泛酸VB3）。
缺硫的主要症状：植株矮小，叶片而黄，易脱落。硫在体内难移动，因此缺硫症状首先表现在新叶上。
5．钙（Ca）
植物离子形式（Ca2+）吸收钙。钙的主要生理作用有：（1）化合物组分——果胶酸钙；
（2）结构组分—膜，染色体；
（3）酶的活化剂-ATP水解酶，琥珀酸脱氢酶；
（4）第二信使—细胞内信息的重要传递者—单独或与CaM一起调节许多酶的活性；
（5）平衡电性：与K+一起平衡H+（线粒体）。
缺Ca症状：生长点坏死，植株呈簇生状，叶尖与叶缘变黄，枯焦坏死。Ca在体内不易移动，缺Ca+症状首先表现在叶片上。
6．镁（Mg）
镁的主要生理作用：（1）叶绿素的组分；
（2）在光合磷酸化中作为H+的对应离子，平衡电性；
（3）酶的活化剂-Rubisco，PEPCase等；
（4）调节蛋白质合成（促进核糖体大小亚基结合）。
缺镁症状：叶脉间缺绿，有时呈红紫色，镁可在体内移动，缺镁症状首先表现在老叶上。
7．铁（Fe）
植物主要以Fe2+螯合物的形式吸收铁。铁的主要性质是化合价可变，Fe2+/Fe3+，因此铁作为电子传递体而起作用。（1）酶的组分---CAT,POD,抗氰氧化酶，细胞色素氧化酶；
（2）电子传递体的组分，Fd,F-S,Cyt等；
（3）酶活性的调节者-----叶绿素合成的必需因子。
缺Fe症状：叶脉间缺绿，严重时整个叶片变为黄白色，铁在体内不易移动，缺Fe症状首先表现在老旪上。
8．铜（Cu）
植物以Cu2+形式吸收铜。铜的主要性质是可进行化合价变化，Cu2+/Cu+。它的主要作用是作为氧化还原反应的电子传递体。（1）酶的组分—SOD抗坏血酸氧化酶，多酚氧化酶，细胞色素氧化酶；
（2）电子传递组分—PC。
缺铜的症状：叶尖变白坏死，然后沿叶脉向叶基部发展，叶片易脱落。铜在体内不易移动，缺铜症状首先表现在老叶上。
9．锌(Zn)
锌的主要生理作用：酶的组分，如色氨酸合成酶，碳酸酐酶。锌是合成色氨酸的必须元素，而色氨酸是吲哚乙酸的前体。
缺锌症状：植株生长缓慢，叶片发卷，分枝增加，茎干开裂，受精不良。叶脉间缺绿，玉米出现花叶病，果树易得小叶病，生长素合成受阻，老叶先出现症状。
10．锰（Mn）
锰的生理作用：（1）放氧复合体组分；
（2）酶的活化剂，如转磷酸基酶（已糖激酶），脱氢酶（a-酮戊二酸脱氢酶），硝酸还原酶，二肽酶；
（3）叶绿素生物合成的必需因子。
缺锰症状：先是叶脉间缺绿，然后出现坏死斑点。症状先出现在新叶上（不易移动）。
11．硼（B）
硼的主要作用：（1）与生殖器官形成有关，缺硼时花粉母细胞四分体形成受阻；
绒毡层组织破坏发育不良；
（2）参与受精过程，硼促进花粉萌发和花粉管伸长；
（3）硼促进糖的运输（与糖形成复合体）；
（4）抑制CTK合成。
缺硼时，缺乏症状：植株生长缓慢，叶片发卷，分枝增加，茎干开裂，受精不良。具体如油菜花而不实，麦类穗而不实，棉花蕾而不花，块根内部形成褐斑，如甜菜的心腐病。萝卜的褐心病。
12．钼（Mo）
钼的主要生理作用：硝酸还原酶的组分
缺钼时，植株缺少长势，叶色暗淡，叶面凹凸不平，有坏死斑点。
13．氯(Cl)
参与光合作用水的光解释放氧的过程，另外，对根的生长也有影响。
缺乏症状：叶片退绿，植株萎蔫
14．碳(C)
作用：参与植物体内一切大分子物质的代谢过程。
缺乏症状：在碳元素供应不足的情况下，植物的光合作用受阻，植株生长缓慢，组织不充实。
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