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植物的溶液培养及缺素培养

植物的溶液培养及缺素培养

植物的溶液培养及缺素培养

摘要:为探求各种主要元素对植物生长发育的作用,本次试验采用玉米幼苗为实 验材料,用配制的各种缺乏某种矿质元素的培养液进行培养,根据 2 周的持续观 察记录,进一步了解矿质元素的作用、特点及对植物生长发育的重要性。 关键词:玉米、培养液配制、缺素培养、定植培养。

前言
溶液培养是德国植物生理学者 Sachs 和 Knop 在 1860 年试验成功的,它在 阐明植物对养分的要求曾起过决定性作用,并奠定了施肥的理论基础。近年来在 世界各国重新受到重视,已成为一种切实可行的生产手段,美国已把溶液培养应 用在生产上,我们有些单位已将溶液培养应用到水稻育苗及蔬菜生产上,估计溶 液养在生产上的应用将日益广泛, 这是植物营养的基本理论在生产实践上的新发 展。 绿色植物在整个生活周期中除了通过叶片的光合作用外,只要满足正常生 长发育所需的各种矿质元素和其他条件, 植物不一定非在土壤中生长不可。 因此, 在用蒸馏水及所需的几种元素配成的溶液中,植物同样可以正常生长发育,这种 培养方法称作溶液培养。由于溶液培养其元素的种类和数量可以控制,因此要了 解某种元素是否为植物必需时,可有意识地配制缺乏某种元素的培养液,根据植 物在该溶液中所表现出来的作用、特点以及对植物生长发育的重要性。

一、材料、仪器及药品
1、实验材料 华南农业大学作物栽培实验室提供的长势相当的玉米幼苗,生长发育均正 常。 2、实验仪器 ⑴刻度吸管 5ml 12 支;1ml 1 支;⑵量筒 1000ml 1 个;⑶培养瓶 2 套;⑷ 海绵;⑸pH 试纸(pH1-14 或 pH5.4-7.0) ;⑹镊子,⑺玻璃管,⑻吸球;⑼标签 纸;⑽黑色瓶套。 3、药品

⑴Ca(NO3)2?4H2O ⑵KNO3 ⑶MgSO4 ⑷KH2PO4 ⑸K2SO4 ⑹CaCl2 ⑺ NaH2PO4 ⑻NaNO3 ⑼Na2SO4 ⑽MgCl2?6H2O ⑾FeCl3 ⑿EDTA-Na2 ⒀FeSO4 ⒁H3BO3 ⒂MnCl2?4H2O ⒃CuSO4?5H2O ⒄ZnSO4?7H2O ⒅H2MoO4?H2O

二、 实验方法
(一) 、营养液的配制(用蒸馏水)

1 大量元素贮备液的配制

2、(EDTA-Fe)=0.05mol·L-1 贮备液的配制 (1)c(EDTA-Na)=0.1mol?L-1 溶液:称 EDTA 二钠 3.77 克,加新煮沸刚 冷的温热的蒸馏水约 20ml,搅拌使之完全溶化,冷后加蒸馏水定容至 100ml, 保存于密闭聚乙烯塑料瓶中。 (2) c(FeSO4 或 FeCl3)=0.1mol?L-1 溶液: 2.78 克 FeSO4?7H2O(或 2.703 称 克 FeCl3?6H2O)用新煮沸刚冷的蒸馏水定容至 100ml (亚铁易变, 只能即配即用) 。 (3)将(1)溶液和(2)溶液等量混合,即成 c(EDTA-Fe)=0.05mol?L-1 贮备液, (其中 EDTA-Fe①含 FeSO4,EDTA-Fe②含 FeCl3) 。 3 微量元素贮备液的配制 称 H3BO3 2.86 克 ; MnCl2?4H2O 1.81 克; CuSO4?5H2O ?7H2O 0.22 克;H2MoO4?H2O 0.09 克溶于 1 升蒸馏水中。

0.08 克; ZnSO4

(二)培养溶液的配制 先测定培养瓶的容积(ml) ,确定培养液的用量(ml) ,以此用量在培养瓶 的瓶外壁贴一小标签为标记,并作处理号标志,然后在培养瓶中加入约 700ml 蒸馏水,按下表各处理加入贮备液用量,注意按顺序加入,并且每加入一种贮备 液后都要用玻璃管拌匀,直到加齐后用水定容至刻度线,搅拌均匀。 (三)定植培养

选取生长一致的玉米幼苗作实验材料,每个培养瓶定植一株,首先小心将 幼苗根部用水冲洗干净,记录幼苗的叶片数量和鲜苗重量(克) ,并把幼苗通过 瓶盖的中央大孔用棉花固定在盖上,盖好瓶塞,使根系浸入培养液中, (尽量勿 使根系受伤)并调整根茎基部离开液面 1 厘米;瓶外应套上遮光袋并贴好标签。 标签应包括:处理、专业、组别、培养者、培养日期。同时在瓶盖的另一个小孔 中装入一支带胶圈的玻璃管,要求玻璃管的下端离瓶底 1~1.5 厘米,以作通气 用,把定植好的培养瓶放于温室培养。 (四)培养管理及观察 实验开始后,要认真做好管理和观察记录,要求每天观察一次,及时补加 蒸馏水,维持培养液水平;要及时补充空气,应用吸球通过玻璃管打入空气,每 瓶打气 15~20 次,注意勿吸出培养液!每 4~5 天测定和调节培养液的 pH 值。 (用 c(NaOH)=0.1mol?L-1 和 c(HCl)=0.1mol?L-1 调节 pH 值至 5.5~6.5) 。 实验过程要认真观察各处理玉米的生长情况, 对各元素缺乏症状的表现和发 展作详细记录。

三、实验结果与分析
(一)实验原始现象数据记录:

1、叶
天数 1 完全 新老叶尖 均先变 黄,再在 尖端部位 泛淡红, 其他部位 未有明显 异象。 缺N 缺P 缺K 缺 Ca 缺 Mg 缺 Fe 缺S

老叶尖端 从 老 老 叶 片 新叶教软 主根开始 从老叶 老叶叶尖 中尖位出 叶 的 叶 尖 尖端边缘 出 弱,其余 发黑,其 开始, 叶片 叶脉附近 现暗黄, 开 始 , 逐 现淡黄色 , 一切正 余正常。 很软弱, 泛黄,其 萎 新叶正 渐 向 叶 柄 新叶生长 正 常。 蘼, 整叶的 余正常。 常,根茎 较 大 范 围 常,新叶 较 一边侧面 未有明显 的 变 黄 , 软弱,不 能 变灰, 新叶 异常。 主 根 长 侧 直起(ED) , 下垂不能 根 少 , 茎 茎部根部 生 直立, 茎也 正常。 长正常, 未 较软。 有 明 显 异 样。 一叶片发 两叶片叶 两叶片叶尖 叶片软且 叶尖黄 黄,另一 尖发黄, 发黄,新叶 黄,叶缘 叶片叶尖 叶较软 较软。 黄 发黄 叶片黄 叶尖黄

2

正常

3

第一片叶 第一片叶 第 一 片 叶 所有叶尖变 第 一 片 叶 第一片叶 第一片叶 第 一 片 叶 尖变黄 全变成黄 全变紫 黄 全 变 黄 , 尖有点黄 全变黄, 和 第 二 片 所 紫色,所 所有叶尖 有叶尖有 叶尖变黄 变黄 有叶尖变 点黄 黄,叶心 变紫 长势中 等,最大 的那片叶 子弯折, 新叶变黄 较重,根 系长势良 好,老叶 叶尖略黄 长势中 长 势 较 长势良好, 长 势 较 长势较 长势一般, 势 不 长 等,一片 好 , 一 片 一片新叶有 弱 , 一 片 好,无明 一片新叶 错 , 根 系 新叶有明 新 叶 出 现 变黄现象。 老 叶 和 一 显发黄现 出现枯黄 生 长 正 显发黄现 萎 蔫 。 一 根系长势良 片 新 叶 均 象。根系 现象, 老叶 常 。 一 片 象,一片 片 老 叶 叶 新 好。 出 现 枯 长势也很 状态良好, 叶 略 有 老叶叶尖 尖 有 发 黄 黄 , 叶 脉 良好。 叶尖微有 发 黄 现 略有发 现 象 。 根 中央出现 变黄现象。 象。 黄。根系 系 生 长 正 斑点。 叶脉有发 长势良 常。 白现象。 好。叶缘 由发黄现 象。

4

5

长势中 叶片有黄 长势较健 长势较健 长势瘦 长势最强 长势瘦弱, 长势健 等,有一 斑出现, 壮,有一 壮,叶片也 弱,叶片 壮,根系 不过叶片 壮,叶片 片叶倒 植株长势 叶片有些 没倒伏,根 有枯斑出 发达,没 没有倒伏 较大,根 了,根系 中等 微紫色条 系发达 现 有倒伏叶 系一般 主根较 纹出现 片 多,叶尖 有点黄

6

长势一 般,两叶 片发黄, 一叶片完 全枯萎。

瘦弱,叶 尾发黄, 一叶片完 全枯萎。

一片叶片 完全枯 萎,老叶 叶尾枯 黄,叶尖 开始发 黄。

长势不好, 叶 尖 焦 植 株 长 势 一片叶片 植株长势 叶子下垂, 黄 , 叶 边 不 错 , 一 完全枯萎, 不错,叶 不能直立生 开 始 泛 片 老 叶 稍 植株矮小, 尾枯黄, 长,叶片发 黄 , 叶 尾 微 发 黄 , 叶尖发黄。 新叶长势 黄,一叶片 发 黄 , 一 叶 尖 小 部 较好,叶 完全枯萎。 叶 片 完 全 分 开 始 泛 宽,茎杆 枯萎。 黄 , 其 他 粗壮。 正常。 第一片叶 植株矮小, 一 片 叶 第 大部分焦 第 一 片 叶 焦 黄 , 第 第二 二 片 叶 和 黄,第二 焦黄, 片叶叶尖 片 叶 叶 尖 第 三 片 叶 发黄,第 焦黄 叶 尖 焦 三片叶有 黄,第三 两个折断 片叶中部 点。 折断,第 四片叶长 势茂盛良 好,但是 有撕裂的 痕迹且倒 伏。

7

第一片叶 第 一 片 叶 第一片叶 第一片叶 上 第一片叶 焦黄,第 整 片 都 焦 焦黄,第 端焦黄, 第 完全焦 二片叶倒 黄 了 , 第 二片叶叶 二片叶和 第 黄,第二 伏,叶尖 二 片 叶 尖 尖发黄 三片叶叶 尖 片叶尖焦 焦黄,第 焦 黄 , 往 发黄,第 三 黄延伸向 三片叶叶 叶 基 部 方 片叶和第 四 叶缘。 尖焦黄。 向 颜 色 由 片叶结合 处 深变浅, 倒伏。 颜色向叶 脉延伸。

8

叶尖正常 老叶从叶 老叶从叶 某叶子有一 老叶从叶 最下面的 最下面的 老叶从叶 发黄 尖的叶脉 边缘开始 边枯了 边缘开始 叶枯死 叶枯死 尖的叶脉 开始枯了 有些许枯 有些许枯 开始枯了 正常 老叶尖向 里黄,中 心叶脉变 红,茎变 红 正常 新叶顺叶脉 叶尖黄, 老叶黄 新叶从叶 叶片顺叶 有淡黄色条 柄来事变 脉有黄色 文 淡黄 条纹

9

10

4 片叶子, 片叶子, 片叶, 5 片叶, 4 5 一 新叶4 片叶, 4 片叶子, 片叶子,5 片叶子, 一 4 2 片叶尖 一落,一 落 软 败落,一 一落 新野黄,2 新叶整片 黄 呈紫色, 黄。 叶尖黄。 黄。 一叶脉 紫,叶尖 紫。 第一片叶 第 一 和 第 第一片叶 第一片叶尖 第一片叶 第一片叶 第一片叶 第 二 片 叶 全黄,第 二 片 叶 全 全黄,第 变黄 全黄,第 全黄,第 全黄, 第二 尖变黄 二片叶尖 变 黄 , 第 二和第三 二片叶的 二和第三 片叶尖变 变黄,所 三 片 叶 尖 片叶尖变 叶尖变黄 片叶尖变 黄, 所有叶 有叶有黄 变 紫 , 叶 黄,叶心 并有斑点 黄,并有 片都发黄 斑点 心变紫 变紫 黄斑点

11

12 13 14 叶片基本 呈绿色, 长势良 好,第一 片叶叶尖 发黄,植 株大小适 中 植株直 茎 杆 粗 植株看起来 第一片叶 茎 杆 粗 :植株矮小, 第一片叶 立,但十 壮 , 第 二 很没精神, 焦黄,从 壮 , 新 叶 第二片叶 大部分发 分瘦弱, 片 叶 从 叶 叶片都已倒 下到上, 颜 色 浅 叶 尖发黄,新 黄,叶尖 第一片叶 尖 向 叶 基 伏,第一片 叶尖都发 宽 。 第 二 叶颜色很 已焦黄。 焦黄,第 部 大 面 积 叶发黄,两 黄,第三 片 叶 有 少 浅,呈淡黄 第二、三、 二片叶叶 发 黄 , 且 片新叶长势 片叶弯 量 成 长 条 绿色. 四、五片 形 叶都有弯 尖焦黄, 是 从 叶 缘 良好,叶较 折,第二、 的 斑 折现象。 共三片 向 叶 脉 延 宽。从下到 四片叶发 点 , 叶 尖 第二三片 叶。 伸 , 第 三 上,叶尖发 黄程度较 焦 黄 。 第 叶叶尖发 片 叶 基 部 黄程度递 第三片叶 三 片 叶 叶 尖很小部 与茎杆的 减。 深 黄,两片 分黄了。 新叶长势 连接处倒 良好,叶 伏,叶尖 较宽,茎 发黄,新 杆较粗。 叶长得十 分茂盛。

2、5 月 28 日(最后一天)的根系情况 缺 Mg:较长 缺 Fe:很少,不发达。 缺 P:发达,长且跟须多。 缺 S:特别发达,大、多。 缺 Ca:较细 缺 N:瘦长,不发达。 缺 K:一般,不是很长。 完全:一切正常。 3、茎杆情况 粗壮:P 、 S 一般:Ca 、K 瘦弱:Fe 、N 刚好:完全
完全 鲜重(g) 初值 1.63 1.92 1.42 1.56 1.99 1.77 1.81 1.45 缺S

、Mg

缺 Mg

缺N

缺 Ca

欠K

缺P

缺 Fe

终值

7.25

8.33

5.93

3.22

4.10

4.96

7.82

2.50

完全 总叶片数 6 枯死叶片 1 数

缺S 6 1

缺 Mg 6 1

缺N 4 2

缺 Ca 4 1

欠K 6 0

缺P 6 1

缺 Fe 4 1

二、实验结果分析 1、缺素症状 缺 N:老叶发黄,干枯两片,无斑,生长点完好,根系茂但很细。 缺 P:老叶发黄,干枯一片,无斑,生长点完好,根系茂但较纤细。 缺 Ca:全部干枯,枯叶上有褐斑,根短而少、生长点略微缺损、停止生长。 缺 Mg:老叶发黄,干枯一片,二叶上有褐斑,生长点完好,根系弱小。 缺 Fe:新叶呈黄绿色,边缘干枯,无斑,根系相对植株弱小。 缺 S:老叶发黄,干枯一片,生长点完好,茎杆粗壮,根系茂盛。 缺 K:老叶发黄,干枯零片,无斑,生长点完好,根系茂盛

2 植物生长前后鲜重对比 由前后鲜重对比表可以看出,与完全培养相比,缺素培养的植株重量基本降 低,干物质的积累明显减少。其中缺铁的植株重量减少的最多。说明铁元素对植 株的干物质积累量影响较大。

四、讨论
N、P、K、Ca、Mg、Fe、S 是植物必需的大量元素,环境中这些元素的多寡 必然使植物发生相应的生理生化变化并影响其生长发育而产生相应的症状。 缺少 N 元素,有机物合成受阻,植株矮小,叶片黄化,产量降低。 缺少 P 蛋白质合成受阻,影响细胞分裂,植株矮小,分蘖、分枝少,叶色暗 绿或紫红。 缺少 K 元素,植物叶片缺绿,生长缓慢,节间缩短,植株矮小,叶片显得瘦 小细长,易伏倒。 缺少 Ca 元素,新生叶的叶绿素形成受到影响,植株的特征地上部分极为明 显,表现幼嫩部分发生危害,先从幼叶变黄枯萎,生长点受到抑制或死亡,致使 植株矮小丛状展开的叶尖部分产生胶质干后粘在一起。 缺少 Mg 元素,镁是叶绿素的重要组成部分,植物体内约20%的镁元素存在 与叶绿素中,这与植物进行光合作用具有密切的联系。 (参考,本次实验缺 Mg 现象观察不明显) 缺少 Fe 元素,铁是许多重要酶的辅基,通过 Fe2+和 Fe3+两种价态传递电子, 在生物合成过程中起着重要的桥粱作用。催化叶绿素合成的酶需要 Fe2+,近年来 发现,铁对叶绿体构造的影响比对叶绿素合成的影响更大。

缺少 S 元素,叶片均匀缺绿、变黄,花青素的形成和植株生长受抑制。但此 次实验现象不明显,缺硫的植物甚至比完全培养液下的植株生长更为茂盛,分析 原因可能是空气中含硫氧化物较多,弥补了植株缺硫的不足。 通过上面一系列的研究,能简要的说明,植物缺某种矿质元素时,会对植株 的生长发育有着不同的影响。此外,同时缺乏数种元素会使病症复杂化,其他环 境因素(如各种逆境、土壤 PH,等等)也都可能引起植物产生和与营养缺乏类 似的症状。缺素培养液存在或多或少的误差,导致实验结果与真值的差异,这差 异可以控制到最少。

参考文献
陆欣, 《土壤肥料学》 ,2002.34.39


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