植物逆境生理綜合設計性實驗的開發

李慧　李愛　高英　于瑋瑋　王金龍　彭立新

摘 要：植物生理學實驗是植物生理學教學過程中的一個重要環節。課程組教師將科研成果轉化為教學資源開設了“植物逆境生理綜合設計性實驗”，旨在從實驗方案的設計、實驗方案的實施以及實驗結果的分析等多方面提高學生的科研探索精神，分析問題、解決問題的能力，團結協作精神以及學習的積極主動性，為高水平農科人才的培養奠定了很好的基礎。

關鍵詞：植物逆境生理 綜合設計性實驗 開發 資源

中圖分類號：G642.423；Q945.78 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）01（c）-0137-02

植物生理學是研究植物生命活動規律及其與環境之間相互關系的科學[1]。它是生命科學、農學、園藝學等相關專業的專業基礎課，在專業學習中具有十分重要的地位和作用。植物生理學實驗是植物生理學教學過程中的一個重要環節。以往的教學多以驗證性實驗為主，這就大大地限制了創新性人才的培養。而綜合設計性實驗所需知識量大、設計要求高、實驗難度大、數據處理復雜且要對已有知識能夠靈活的綜合利用[2]。這就需要教師在充分的準備、考證下開設相應有利于培養高素質人才的綜合設計性實驗。多年來，課程組一直致力于研究和開發有利于提高學生綜合素質的實驗項目，在完成4個驗證性實驗教學和相應的考核方法的基礎上，結合教師的科研項目，將科研成果轉化為綜合性設計性實驗內容，即植物逆境生理綜合計性實驗。

1 科研成果轉化為教學資源

逆境是指不利于植物生存發育的各種環境因素，包括鹽堿、干旱、低溫、高溫等非生物因素逆境和病蟲害等生物因素逆境。大多數逆境脅迫都會引起植物活性氧積累、生物膜損傷和滲透脅迫等生理反應。結合天津市濱海土壤鹽漬化的特點，課程組成員已對紅花、胡盧巴[3]、沙棗[4]等植物耐鹽生理機理進行了較為深入的探究，并總結出一套科學可行的實驗體系。因此，課程組將科研成果融入到實驗教學中，開設了“植物逆境生理的綜合設計性實驗”，以鹽脅迫為主要逆境研究條件，探究不同程度鹽脅迫下植物的生理變化，旨在加深學生們對逆境生理的理解，提高他們的科學探索精神、科研素養及對植物生理學學習的積極主動性。

2 實驗方案的設計

綜合設計性實驗的核心之一在于實驗方案的設計，這需要教師與學生付出一定的時間與精力去查閱文獻，構思實驗過程，對實驗的可行性進行預測與評估。植物逆境生理綜合計性實驗就要求學生從選擇植物材料、鹽脅迫強度及逆境生理指標等方面對實驗方案進行設計，充分調動學生學習的積極主動性，發揮他們的創新意識，提高他們的科研興趣。

2.1 植物材料的選擇

不同種植物的耐鹽性會有所不同，同一種植物不同品種耐鹽性也會有所差異。學生可自主選擇本專業感興趣的植物材料進行鹽脅迫處理，分析所選植物材料的耐鹽性。由于實驗所用植物材料往往為幼苗，從催芽、育苗到苗期管理，工作量較大，以往教師需要花費很多的精力來培養植物材料。將植物材料的選擇自主化，可以提高學生的實驗興趣與熱情。每個班可以選取幾位同學來負責植物材料的準備工作，在園藝學實驗教學示范中心實驗室開放管理的前提條件下，學生們從種子開始親自動手準備植物材料，可以使他們深入認識植物的生長發育過程，提高他們的動手能力，并且可以為實驗的順利開展提供很好的植物材料基礎。

2.2 鹽脅迫強度的選擇

根據植物的耐鹽能力，可以將其分為鹽生植物和甜土植物。鹽生植物可正常生長的鹽度范圍為1.5%～2.0%，如堿蓬等。甜土植物對鹽漬敏感，耐鹽范圍為0.2%～0.8%，大多數農作物屬于甜土植物。甜土植物又可以根據其耐鹽能力分為鹽敏感植物和耐鹽植物。學生們可以根據選擇的實驗材料自主查閱文獻，了解所選植物的耐鹽特性，選擇合適的鹽脅迫強度，進行鹽脅迫處理。

2.3 植物逆境生理指標的選擇

在植物正常的生長代謝中，植物細胞內活性氧的產生與清除是處于動態平衡的狀態[5]。但當植物遭受到鹽脅迫等逆境脅迫時，活性氧累積過多，導致動態平衡被打破?；钚匝踹^多會造成膜脂過氧化作用，從而使膜結構破壞，進而引起一系列的生理生化紊亂。同時，活性氧還會直接破壞蛋白質、核酸等生物大分子，對細胞造成傷害。植物細胞中存在著一些抗氧化酶，可有效的清除活性氧，降低其對細胞的傷害。該實驗選擇典型的逆境生理指標—抗氧化酶類，包括超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）進行實驗，研究不同濃度鹽脅迫下植物體內抗氧化酶活性的變化。通過實驗可以使同學們對于抗氧化酶類的作用機理及測定方法產生更為深刻的認識。

3 實驗方案的實施

綜合設計性實驗重點是要提高學生綜合利用所學知識的能力。該次實驗要求學生從催芽、育苗開始，同時結合植物礦質營養所學內容配制Hoagland完全營養液用于材料處理。在前期準備工作完成后即可進入逆境生理指標的測定過程。

實驗過程中，對材料處理方法也進行了改進。于苗期將植物材料從基質中小心的連根取出，在操作過程中要盡量保持根部的完整性。隨后將植物材料清洗干凈后浸泡在提前配制好的含不同濃度NaCl的Hoagland完全營養液中進行相應的逆境脅迫處理，處理4 h后取植物葉片進行生理指標測定。與傳統對植物材料澆灌NaCl溶液的處理方法相比，此方法可以減少處理時間，降低不同材料由于處理不當產生的誤差?？寡趸福⊿OD、POD、CAT）活性的測定則采用課程組教師多年科研實踐摸索形成的方法體系，便于操作且重復性好。同時，除了學生進行正常的實驗操作步驟、掌握抗氧化酶活性的測定方法外，實驗所用藥品大部分也是在教師指導下由學生進行配制。此過程可以鍛煉學生們動手能力，加深對生理反應的理解與掌握。此次實驗不僅能使學生掌握研究逆境生理常用的實驗技術和手段，而且可以提高學生們對所學知識的綜合利用能力。

4 實驗結果的分析

實驗結果的分析是綜合設計性實驗的關鍵環節。在同學們前期查閱大量文獻形成實驗思路、動手操作得到實驗結果后，結果與分析是對上述工作的很好總結與檢測。該實驗要求學生們按照科技論文的要求書寫結果與分析，運用規范化的圖表展示實驗結果，并對結果進行詳盡、科學的分析。最后，要求學生結合多種生理指標測定結果，對所選植物的耐鹽特性進行初步總結。在教師的指導下，通過此環節的學習、鍛煉，可為學生進行畢業論文的書寫奠定很好的基礎。

在“植物逆境生理綜合設計性實驗”的學習過程中，學生可對所學知識進行綜合利用，通過查閱文獻、產生疑問、設計實驗方案、準備實驗材料與用品、開展實驗，對實驗結果進行整理與分析等一系列過程的操作，提高學生們的科研探索精神，分析問題、解決問題的能力，團結協作精神以及學習的積極主動性?！笆谌艘贼~不如授人以漁”，“植物逆境生理綜合設計性實驗”不僅可以使學生們深入掌握植物抗逆機理及研究逆境生理的技術和方法，而且使他們學到了進行科學研究的方法和思路，提高了他們的綜合素質，為高水平農科人才的培養奠定了很好的基礎。

參考文獻

[1] 王忠.植物生理學[M].2版.北京：中國農業出版社，2008：526.

[2] 黃品梅，黃道平，梁錦.開發綜合設計性實驗促進創新人才之培養[J].實驗室研究與探索，2010，29（6）：93-95.

[3] 李慧，王妙媛，彭立新，等.NaCl脅迫對胡盧巴幼苗抗氧化酶活性和丙二醛含量的影響[J].華北農學報，2012，27（2）：185-188.

[4] 彭立新，周黎君，馮濤，等.鹽脅迫對沙棗幼苗抗氧化酶活性和膜脂過氧化的影響[J].天津農學院學報，2009，16（4）：1-4.

[5] 廖祥儒，朱新產.活性氧代謝和植物抗鹽性[J].生命的化學，1996，16（6）：19-22.