植物生理學(xué)綜合性實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)探究

方玉梅 李樹(shù)江 譚萍 田森

摘要 應(yīng)對(duì)貴州省普通本科高校向應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)型發(fā)展的需求，結(jié)合植物科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)要求及植物生理學(xué)教學(xué)的要求，整合礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)生理學(xué)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，改為開(kāi)設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)“植物溶液培養(yǎng)及生理缺素癥的觀察”。通過(guò)實(shí)施獲得以下經(jīng)驗(yàn)：結(jié)合植物科學(xué)與技術(shù)專業(yè)選擇生長(zhǎng)迅速、培養(yǎng)周期短的植物材料；采用溶液培養(yǎng)材料；分別采用不同的溶液進(jìn)行培養(yǎng)處理，同時(shí)設(shè)計(jì)對(duì)照組和3個(gè)不同的營(yíng)養(yǎng)液條件；選擇具有代表性的3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定；結(jié)合實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象、問(wèn)題、結(jié)果進(jìn)行總結(jié)分析，探討改進(jìn)的方法；增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，提高了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的探索創(chuàng)新精神，為以后進(jìn)行大學(xué)生科研項(xiàng)目及畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)奠定一定的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)生理；綜合性實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)方案；效果分析

中圖分類號(hào) S-01文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2018）01-0232-02

Abstract In order to meet the needs of the transformation from ordinary undergraduate colleges in Guizhou to application-oriented colleges and universities， the requirements of plant science and technology specialty training and the requirements of plant physiology teaching，the confirmatory experiments of mineral nutrition physiology were integrated into a comprehensive experiment "plant solution culture and physiological deficiency syndrome observation". The following experience has been achieved through implementation： the selection of plant materials with rapid growth and short cultivation cycle should be combined with plant science and technology specialty；solution cultures were used；different solutions were used for culture， and the control group and three different nutrient solutions were designed；three representative indexes were selected for determination；summary analysis should combine the phenomena， problems and results in the experiment， and discuss the improved method；enhance the learning initiative of students， improve students' ability to analyze and solve problems， to cultivate the students′ innovative spirit， lay a foundation for the design of college students after graduation thesis and research projects.

Key words Mineral nutrition physiology；Comprehensive experiment；Experiment scheme；Effect analysis

植物生理學(xué)綜合性實(shí)驗(yàn)是集植物生理學(xué)課程的綜合知識(shí)或與其相關(guān)課程知識(shí)于一體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其目的是培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、數(shù)據(jù)處理能力及查閱中外文資料的能力[1-2]。六盤水師范學(xué)院植物生理學(xué)課程是省級(jí)精品課程，是植物科學(xué)與技術(shù)專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為36學(xué)時(shí)。2015年12月六盤水師范學(xué)院被省教育廳確定為貴州省普通本科高校向應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)型發(fā)展的試點(diǎn)學(xué)校，根據(jù)《教育部、國(guó)家發(fā)展改革委、財(cái)政部關(guān)于引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的指導(dǎo)意見(jiàn)》（教發(fā)〔2015〕7號(hào)）的要求，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和綜合素質(zhì)為重點(diǎn)，準(zhǔn)備改革植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)原有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行整合和改進(jìn)，降低原來(lái)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的比例，新增綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過(guò)綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的增設(shè)，充分鍛煉了學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料、撰寫實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和綜合分析的能力。通過(guò)植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的技能訓(xùn)練，逐步提高學(xué)生認(rèn)識(shí)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為今后從事與植物生產(chǎn)類相關(guān)的工作打好基礎(chǔ)。實(shí)施以來(lái)，其在促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和方法的改進(jìn)、學(xué)生操作技能和科研素質(zhì)的提高方面取得了一定效果[3-4]。

1 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

1.1 植物材料的選擇

植物生理學(xué)是植物生產(chǎn)類各專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，開(kāi)設(shè)學(xué)期是大學(xué)二年級(jí)第1學(xué)期，學(xué)生僅學(xué)過(guò)相應(yīng)的基礎(chǔ)性課程，對(duì)專業(yè)課了解甚少，植物生理學(xué)是銜接基礎(chǔ)和專業(yè)課重要的橋梁。在教學(xué)過(guò)程中結(jié)合植物生產(chǎn)中的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的講解和實(shí)踐，不僅可以增加學(xué)生對(duì)植物生產(chǎn)類專業(yè)的興趣，也為植物栽培的專業(yè)課打下良好基礎(chǔ)[5]。因此，在進(jìn)行植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)生理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由學(xué)生自主選擇與本專業(yè)緊密結(jié)合的植物種類進(jìn)行溶液培養(yǎng)，要求選擇生長(zhǎng)迅速、易栽培的植物種類，如蠶豆、番茄、小麥、玉米、辣椒等作為實(shí)驗(yàn)材料，這樣可以在實(shí)踐過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生對(duì)本專業(yè)的興趣。

1.2 溶液培養(yǎng)液的選擇

溶液培養(yǎng)是指在含有全部或部分營(yíng)養(yǎng)元素的溶液中栽培植物的方法。通過(guò)溶液培養(yǎng)，可以觀察植物生長(zhǎng)過(guò)程中哪些是不可或缺的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素；而且選擇溶液培養(yǎng)進(jìn)行植物的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)生理的綜合性實(shí)驗(yàn)，可以避免土壤里的各種復(fù)雜因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。通過(guò)觀察植物生長(zhǎng)發(fā)育是否受阻，在營(yíng)養(yǎng)液中添加或去除某種或某些元素植物的生長(zhǎng)狀況是否發(fā)生改變，可以準(zhǔn)確判斷植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中不可缺少的礦質(zhì)元素的種類和數(shù)量。近年來(lái)，生產(chǎn)上也已應(yīng)用溶液培養(yǎng)進(jìn)行無(wú)公害蔬菜的栽培生產(chǎn)。

將學(xué)生分成若干小組（每組4～5人），以組為單位，根據(jù)已掌握的理論知識(shí)進(jìn)行相關(guān)文獻(xiàn)的檢索查閱，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與撰寫，自主選擇培養(yǎng)植物材料的不同營(yíng)養(yǎng)條件及各種營(yíng)養(yǎng)溶液的濃度，對(duì)照為全培養(yǎng)。學(xué)生根據(jù)自己選擇的植物種類，結(jié)合期刊數(shù)據(jù)庫(kù)查閱文獻(xiàn)資料的結(jié)果，設(shè)計(jì)出具體的營(yíng)養(yǎng)條件，寫出方案，讓教師最后把關(guān)。通過(guò)這樣的方式，可以讓學(xué)生真正掌握溶液培養(yǎng)處理設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程、方法，包括實(shí)驗(yàn)方案的撰寫。

1.3 植物生理指標(biāo)的選擇

形態(tài)特征觀察（拍照比較葉色、根系形態(tài)），測(cè)量根、莖的長(zhǎng)度，葉片數(shù)、葉面積，植物的鮮重和干重，計(jì)算含水量。給學(xué)生詳細(xì)講解選擇指標(biāo)的原因、測(cè)定方法、注意事項(xiàng)等，測(cè)定過(guò)程要求每個(gè)處理材料的每個(gè)指標(biāo)均設(shè)3次重復(fù)，詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中常見(jiàn)的問(wèn)題及注意事項(xiàng)。給學(xué)生詳細(xì)講解選擇這些指標(biāo)的原因，以及這些指標(biāo)的測(cè)定方法及測(cè)定過(guò)程中的注意事項(xiàng)等。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要求學(xué)生對(duì)每個(gè)處理材料從培養(yǎng)到指標(biāo)的測(cè)定均設(shè)3次重復(fù)，并詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的現(xiàn)象、問(wèn)題及注意事項(xiàng)。

1.4 實(shí)驗(yàn)方案的確定

通過(guò)選擇不同的植物材料、不同的溶液培養(yǎng)處理程度、不同的測(cè)定指標(biāo)，完成了整個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。每4～5個(gè)學(xué)生為1小組，要求每組學(xué)生選擇一種植物材料，一種培養(yǎng)條件，分別設(shè)計(jì)3個(gè)不同的營(yíng)養(yǎng)條件和全培養(yǎng)為對(duì)照，共4個(gè)不同的營(yíng)養(yǎng)條件進(jìn)行培養(yǎng)，均設(shè)3次重復(fù)。培養(yǎng)結(jié)束后，選擇3個(gè)具有代表性的生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的測(cè)定也設(shè)3次重復(fù)。

2 實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施

2.1 材料培養(yǎng) 植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)生理是植物生理學(xué)第2章內(nèi)容[6-8]，在講水分生理即開(kāi)始培養(yǎng)植物材料，材料培養(yǎng)于光照培養(yǎng)箱，種子的消毒、萌發(fā)、培養(yǎng)時(shí)間、溫度、光照強(qiáng)度等環(huán)境條件一致。

2.2 溶液培養(yǎng)與觀察

學(xué)生通過(guò)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，按照藥品配制要求對(duì)實(shí)驗(yàn)中所需要的藥品進(jìn)行配制，并自己總結(jié)實(shí)驗(yàn)步驟，繪制出實(shí)驗(yàn)操作的流程圖和實(shí)驗(yàn)操作中的注意事項(xiàng)表。實(shí)驗(yàn)所需要的試劑種類比較多，共涉及十幾種培養(yǎng)液的配制，都是由學(xué)生自己配制完成，只是對(duì)其中一些有特殊配制要求的試劑（如FeSO4溶液），需要教師進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。

于苗期進(jìn)行不同的溶液培養(yǎng)處理，處理14 d后，對(duì)植物形態(tài)特征進(jìn)行觀察（拍照比較葉色、根系形態(tài)），并對(duì)植物進(jìn)行生理指標(biāo)測(cè)定。

2.3 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的測(cè)定

學(xué)生需要熟練掌握所選擇測(cè)定的實(shí)驗(yàn)指標(biāo)內(nèi)容，包括測(cè)定的原理、操作步驟、試驗(yàn)中的注意事項(xiàng)。根據(jù)撰寫的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)定，如根、莖長(zhǎng)度，葉面積的測(cè)量方法、含水量、干重的測(cè)定方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果計(jì)算等。

3 結(jié)果分析

根據(jù)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行分析，如培養(yǎng)條件導(dǎo)致葉色的變化，培養(yǎng)條件導(dǎo)致株高的變化，培養(yǎng)條件導(dǎo)致的老葉和幼葉出現(xiàn)不同病癥等，再將缺元素培養(yǎng)液培養(yǎng)的植株分為2組，一組仍然用缺元素培養(yǎng)液培養(yǎng)，另一組用完全培養(yǎng)液培養(yǎng)，一段時(shí)間后觀察植株癥狀是否有減輕甚至消失。

4 討論與總結(jié)

4.1 討論

實(shí)驗(yàn)指標(biāo)測(cè)定完成后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象給學(xué)生提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行文獻(xiàn)資料查詢，讓學(xué)生學(xué)會(huì)思考研究現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。組織討論課討論交流不同缺素條件的處理方法、選擇這些生理指標(biāo)的原因，討論這些指標(biāo)測(cè)定方法的異同，討論還可以選擇哪些指標(biāo)，討論測(cè)定結(jié)果與理論的聯(lián)系，并將討論課所提出的問(wèn)題及分析結(jié)果作為實(shí)驗(yàn)報(bào)告的討論部分[9]。

4.2 總結(jié)

針對(duì)實(shí)驗(yàn)中的討論問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，讓學(xué)生真正掌握礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)生理的研究思路、方法，并對(duì)確定植物必需元素的研究方法，以及相對(duì)應(yīng)的缺素癥的診斷及必需元素的生理功能進(jìn)行深入講解。分析除了實(shí)驗(yàn)所選指標(biāo)，還有哪些指標(biāo)可以反映這些特性，加深學(xué)生對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)生理學(xué)理論的理解，并進(jìn)一步擴(kuò)展研究范圍，說(shuō)明還可以進(jìn)行哪些方面的研究，給學(xué)生列出礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)生理研究的方向，如礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)對(duì)光合特性的影響，礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)對(duì)植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、生殖生長(zhǎng)的影響，蛋白質(zhì)代謝等[10-11]方面，引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)和研究的興趣。

5 撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告

按照科研論文的格式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫，包括題目、中文摘要、關(guān)鍵詞、前言、材料與方法、結(jié)果與分析、討論與結(jié)論、參考文獻(xiàn)[12]。

6 效果分析

自2016年實(shí)施植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)生理學(xué)的綜合性實(shí)驗(yàn)以來(lái)，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)自己撰寫出實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)不同的培養(yǎng)條件、實(shí)驗(yàn)步驟及測(cè)定的指標(biāo)，并根據(jù)所撰寫的實(shí)驗(yàn)方案自主選擇實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的教學(xué)理念。在這個(gè)過(guò)程中，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性，讓學(xué)生積極參與到整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，教師積極參與，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)交流，在查閱文獻(xiàn)資料、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)上對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，針對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的具體問(wèn)題和操作錯(cuò)誤，采用提出問(wèn)題及提示等方法引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象，通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料并結(jié)合所掌握的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行問(wèn)題的分析，最終解決問(wèn)題。通過(guò)學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐，可以加深他們對(duì)專業(yè)理論知識(shí)的理解，并擴(kuò)展到本專業(yè)涉及的其他相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)，增加了學(xué)生對(duì)本專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣。本實(shí)驗(yàn)綜合了植物學(xué)實(shí)驗(yàn)、植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)、生物統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)分析等方面的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，以學(xué)生為主體，讓學(xué)生自主進(jìn)行文獻(xiàn)資料查閱、實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案的撰寫、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，最終撰寫出完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，為學(xué)生提供了一個(gè)全方位、多層次的綜合實(shí)驗(yàn)技能提升平臺(tái)，可以培養(yǎng)學(xué)生良好的科研素養(yǎng)。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)展，不僅可以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、綜合分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，還可以加深學(xué)生對(duì)植物生理學(xué)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)生理這章的理論知識(shí)的理解掌握，培養(yǎng)了學(xué)生的研究興趣，為以后進(jìn)行大學(xué)生科研項(xiàng)目和畢業(yè)論文設(shè)計(jì)奠定一定的基礎(chǔ)。

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