碗蓮在“植物生長(zhǎng)需要礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)”實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用*

王小平（南京曉莊學(xué)院食品科學(xué)學(xué)院 江蘇南京 211171）

植物生長(zhǎng)需要充足的陽(yáng)光和適宜的水分，以及一定量的N、P、K、Ca、Mg、S 等元素，這些元素是植物生長(zhǎng)、發(fā)育等生命活動(dòng)不可缺少的重要物質(zhì)［1-2］。在高中生物學(xué)教材中（必修1），為了幫助學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)的理解和掌握，安排了實(shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容［3-4］。

水培法因可避免土壤、砂石等基質(zhì)帶來(lái)的復(fù)雜因素影響，又能觀察到這些元素對(duì)植物生長(zhǎng)的作用，是教材推薦的主要方法。有些教材還推薦小麥、玉米等陸生植物作為實(shí)驗(yàn)材料［3-4］。由于陸生植物最適宜的生活環(huán)境是陸地，如果改為水培可能會(huì)對(duì)這些植物生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。

碗蓮（Nelumbo nuciferavar.）作為水生植物，具有體型小、易培養(yǎng)、生長(zhǎng)快、材料易得、有觀賞性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果易觀察等特點(diǎn)，是水培的好材料。本文介紹應(yīng)用水生植物碗蓮，采用元素缺乏癥法進(jìn)行礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的具體步驟和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料、試劑及器具 碗蓮種子；蒸餾水、Ca（NO3）2、KNO3、MgSO4·7H2O、KH2PO4、NaH2PO4、NaNO3、MgCl2、Na2SO4、CaCl2、KCl、Na2EDTA、FeSO4·7H2O、H3BO3、MnSO4、CuSO4·5H2O、ZnSO4·7H2O、H2MoO4、HCl、NaOH（均為分析純）等；盆（3 L）、燒杯（2 L）、貯液瓶（1 L）、量筒、玻璃棒、滴管、移液管、洗耳球、pH 試紙、分析天平、記號(hào)筆等。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1）容器選擇：選擇大小一致、底部封閉的花盆（3 L 左右）作為水培容器，并在花盆外部用記號(hào)筆進(jìn)行標(biāo)記1～8 號(hào)，使用前進(jìn)行清洗。

2）種子萌發(fā)：選取大小一致、顆粒飽滿(mǎn)、開(kāi)口的碗蓮種子浸泡、萌發(fā)，待其芽長(zhǎng)約10 cm 后，選擇長(zhǎng)度相似、長(zhǎng)勢(shì)一致的碗蓮幼苗作為實(shí)驗(yàn)材料。

3）培養(yǎng)液配制：先配制貯備液［5］。例如，配制Ca（NO3）2貯備液1 L，用天平稱(chēng)取82.07 g 的Ca（NO3）2，放入2 L 燒杯中，再注入1 L 蒸餾水，并用玻璃棒攪勻后，倒入貼有標(biāo)記的貯液瓶中備用。其他貯備液配制方法與其類(lèi)似，需要的藥品用量見(jiàn)表1。利用貯備液配制各種礦質(zhì)元素缺乏的培養(yǎng)液［5］。例如，配制1 L 的缺N 培養(yǎng)液時(shí)，首先在大燒杯中注入蒸餾水900 mL，然后分別加入10 mL 的 MgSO4、KH2PO4、CaCl2、KCl貯備液和1 mL 的Fe-EDTA、微量元素貯備液，最后再加58 mL 蒸餾水；其他缺素培養(yǎng)液配制方法與其相似，所需貯備液見(jiàn)表2。將配制好的培養(yǎng)液分別裝入貯液瓶中并做好標(biāo)記備用。

表1 貯備液名稱(chēng)及藥品用量

表2 元素缺乏培養(yǎng)液配制表

4）幼苗培養(yǎng)：在1～8 號(hào)花盆中分別倒入缺N、缺P(pán)、缺K、缺Ca、缺Mg、缺S、缺Fe 和元素完全的等體積培養(yǎng)液（1.5 L），并用稀鹽酸和稀堿調(diào)節(jié)各培養(yǎng)液中的酸堿度，使pH=7。將選好的幼苗隨機(jī)分配、種于盆中，每盆3 株，置于人工氣候箱（25℃、4 000 lx）或光照較好的環(huán)境中培養(yǎng)（光∶暗時(shí)間為12∶12）；每個(gè)實(shí)驗(yàn)做3 個(gè)平行重復(fù)。在培養(yǎng)過(guò)程中，一般每7 d 換一次溶液。培養(yǎng)2～3 周后觀察并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的培養(yǎng)，與在完全培養(yǎng)液中生長(zhǎng)的植株相比，不同實(shí)驗(yàn)組別中的碗蓮出現(xiàn)不同現(xiàn)象（表3）。不同元素缺失對(duì)植物影響是不同的［6］，例如缺N 植株老葉發(fā)黃，缺Mg 植株葉片呈失綠、有壞死斑，缺Ca 則植株幼葉變形等。說(shuō)明不同礦質(zhì)元素對(duì)植物生長(zhǎng)所起的作用是不一樣的。

表3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象舉例

3 討論

3.1 實(shí)驗(yàn)材料的選取 碗蓮雖有較多的品種，但每次實(shí)驗(yàn)要求用同一個(gè)品種作為實(shí)驗(yàn)材料，同時(shí)還要求選擇植株大小、株高、質(zhì)量、生長(zhǎng)活力等盡可能相似的實(shí)驗(yàn)材料，隨機(jī)分配、同一時(shí)間栽種在不同的培養(yǎng)液中；不同批次的實(shí)驗(yàn)可以選擇不同碗蓮品種。

3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程注意事項(xiàng) 培養(yǎng)碗蓮時(shí)，要選擇適合碗蓮生長(zhǎng)的光照強(qiáng)度、光照時(shí)間及溫度等條件；在人工氣候箱中培養(yǎng)，可將光照調(diào)到4 000 lx、溫度設(shè)在25℃左右、光照時(shí)間12 h／d；在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)，則可以選擇春末、夏天或初秋，在光照較好的環(huán)境中進(jìn)行。此外，如果想經(jīng)短時(shí)間培養(yǎng)后就能觀察到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，則在植株放入各培養(yǎng)液時(shí)去除殘留的種子，這樣使植株利用外源物質(zhì)進(jìn)行生長(zhǎng)，短期內(nèi)就能看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；如果培養(yǎng)時(shí)間長(zhǎng)，則可以保留殘留的種子。

3.3 實(shí)驗(yàn)延續(xù)和拓展

1）缺素植株癥狀的緩解。在每次實(shí)驗(yàn)中，針對(duì)缺乏礦質(zhì)元素的可多做些植株；在培養(yǎng)過(guò)程中，一旦觀察到有明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，可隨機(jī)取出幾株用蒸餾水沖洗干凈后，移栽到完全培養(yǎng)液中，其他仍留在原溶液中培養(yǎng)。一段時(shí)間后，再將其分別與原缺乏礦質(zhì)元素的植株和一直在完全培養(yǎng)液中的植株進(jìn)行對(duì)比觀察。

2）增加其他項(xiàng)目的測(cè)定。除觀察到缺失元素產(chǎn)生的癥狀外，還可以進(jìn)行生長(zhǎng)的長(zhǎng)度、植株鮮重、干重、葉片中葉綠素含量、根的長(zhǎng)度、根的數(shù)量、根系活力等指標(biāo)的測(cè)定，這樣可以從多方進(jìn)行比較，使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更豐富，結(jié)論更準(zhǔn)確。