干旱对植物生长影响的研究.doc

干旱对植物生长影响的研究学习类 2009-12-06 10:04:31 阅读833 评论0 字号：大中小订阅 内容提要： 本实验采取教师指导性讲解、学生自主完成实验方案设计的方法进行实验。本实验主要研究的是干旱对植物生长的影响，实验步骤包括植物材料的栽培、管理、水分控制、定量测定、数据统计和分析，并结合所学知识做出综合性评价。具体情况如下：1、种植植物（玉米）：土培法。 2、水分处理：干旱（水分胁迫）与对照（正常浇水）；并测定土壤含水量。3、形态指标测定：生长速度（用叶片长度表示）、鲜重、干重、根冠比等。4、生理生化指标测定：植株含水量、叶绿素含量、膜透性、膜脂过氧化程度（丙二醛MDA）、保护酶（过氧化氢酶CAT、过氧化物酶POD）等。5、实验时间：为期5周。关键词：玉米 干旱 湿润 水分 实验组 对照组 植株含水量 叶绿素含量 膜透性前言：不利的生长环境变化会影响植物的生长，干旱是最重要的逆境之一。通过该实验的开设，使学生了解环境条件对植物生长的影响。使学生通过查资料、设计实验、包括实验条件（土壤含水量）的控制、衡量植物生长的指标及测定方法，提高学生的动手能力和实验能力，训练学生的团队合作精神并为后续课程和毕业论文的实施打下基础。1实验前准备：1.1栽培管理：土壤的准备、土壤装入花盆，播种，管理，干旱控水时期及程度、使两种土壤水分（干旱和湿润）保持相对稳定。1.2形态指标测定。1.2.1叶片生长速度的测定。1.2.2植株鲜重、干重的测定、植株含水量测定、根冠比（即根系干重与地上部干重之比）测定。1.3生理指标的测定。1.3.1叶绿素含量测定。1.3.2植物伤害程度指标的测定（膜透性：电导仪法、MDA）。保护酶活性测定（过氧化氢酶CAT：紫外分光光度法、过氧化物酶POD）2.主要仪器设备：可见光分光光度计、紫外可见光分光光度计、电子天平、台秤、6个花盆、水浴锅、离心机、尺子、剪刀、离心管、烧杯、研钵、移液管等。3.技术路线：测定形态指标（鲜重、干重、根冠比）每组土壤混匀称重，测量其含水量播 种干旱处理，同时测量植株生长速度测定膜损害程度（膜透性、MDA和叶绿素含量测定）技术步骤：3.1. 土壤含水量的测定3.1.1 土壤本身含水量的测定采用烘干法测量土壤含水量，每组取一定量的混匀的土壤于培养皿中，于烘干箱（120左右）烘干至恒重，前后质量之差除以干重即为土壤含水量。土壤含水量（%）= （土壤湿重土壤干重）/土壤干重100% =(22.3154-18.8553)/18.8553100%=18.35%3.1.2 土壤最大吸水量的测定各花盆中称取相同质量的土壤（M0=3.0kg），计算其干重为M1=2.5349kg，压紧土壤后充分浇水至花盆下部有水渗出为止（过夜让重力水排出，只留下土壤毛细管所含的水分），过夜后称其重量（M2=3.282kg），M2与土壤干重M1之差即为该花盆土壤的最大吸水量K=0.7471kg。计算最大吸水量占土壤干重的比值。最大吸水量（）=最大吸水量K/土壤干重100% =0.7471/2.5349100% =29.47%3.2. 播种每个花盆中分散播种7粒玉米种子，当玉米苗出现第3片叶子时开始间苗，每盆保留3株长势良好且一致的玉米苗，玉米苗在花盆中如图1分布，有利于玉米苗生长。 第一株第二株 第三株 图1 玉米苗在花盆中的分布俯视图（等边三角形）3.3. 干旱处理及生长速度的测量3.3.1 当玉米苗出现第5片叶子时开始干旱处理；3.3.2 在对实验材料（玉米）进行干旱处理时，每天称重花盆重量（玉米苗重量忽略不计），对照组在较干旱时浇适量的水，花盆重量每天维持在3.15千克水平，而处理组每天浇水到有水滴出来为止，大概维持在3.5千克水平，连续处理4周；3.3.3 植株生长速度的测定：在不同处理中分别选取新长出的叶片，每天测量其长度，记录，求出单位时间内（1 d）叶片长度变化值，作随时间变化的动态图。 第五片叶的生长速度叶片长度（厘米） 实验组 对照组日期123平均值123平均值5.318.23.24.45.3 3.54.93.64.0 6.1 10.85.25.57.2 6.59.57.98.0 6.2 13.45.57.88.9 8.6 12.6 10.110.4 6.3 16.79.5 10.812.3 1 1.516 13.213.6 6.419 11.9 14.615.2 14.4 19.8 18.717.6 6.5 22.515 16.217.9 18.2 24.1 20.220.8 6.6 2 6.517 17.620.4 20 27.12223.0 6.7 28.3 19.6 19.522.5 27 27.5 25.226.6 6.8 29.7 22.1 22.324.7 30.9 32.5 26.329.9 6.9 30.1 24.22426.1 32.9 32.7 28.231.3 6.10 30.4 24.2 25.226.6 33 33.6 30.132.2 6.11 30.4 24.2 25.226.6 33 34.2 31.532.9 6.12 30.4 24.22626.9 33 36.3 35.134.8 第五片叶的长度变化（厘米） 日期实验组生长率对照组生长率5.31-6.11.90.36416.1-6.21.70.242.40.36.2-6.33.40.383.20.36.3-6.42.70.2240.296.4-6.53.50.233.20.186.5-6.62.50.142.20.16.6-6.72.10.13.60.166.7-6.82.20.13.30.126.8-6.91.40.061.40.056.9-6.100.50.020.90.036.10-6.11000.70.026.11-6.120.30.011.90.06实验处理结束时进行下列指标的测定:3.4. 膜损害程度的测定3.4.1 膜透性的测定a.容器洗涤：用去离子水将所有要用的试管、容器彻底清洗干净，并用滤纸尽量吸干。b.实验材料的处理：分别取实验组及对照组的第七片叶，用去离子水冲洗，再用洁净滤纸吸干表面，用打孔器避开主脉各打取叶圆片20片分装在2支洁净试管中.再用各试管加入10ml去离子水，并将大于试管口径的纱布放入试管距离液面约1cm处。用真空泵抽气约10min至抽出细胞间隙的空气，使水渗入，叶片成半透明状，沉入水下。自然温度保持1h，期间多次挥动试管。c.测定：1h后将各试管摇匀, 分别测两组的初电导率, 用记号笔标出试管的液面高度, 沸水浴10min取出冷却至自然室温, 用蒸馏水补充蒸发掉的水分至记号处 , 自然室温平衡20min, 测两组终电导率。3.4.2 丙二醛（MDA）的测定a.MDA的提取称取剪碎的试材1g，加入2ml10%TCA和少量石英砂，研磨至匀浆，再加8mlTCA进一步研磨，匀浆以3000g离心10min，上清夜为样品提取液。b.显色反应和测定吸取离心的上清夜4ml（对照加2ml蒸馏水），加入4ml0.6%TBA溶液混匀，于沸水浴上反应15min，迅速于冰水中冷却后以3000g离心10min。取上清夜测定523nm、600nm和450nm波长下的消光度。3.4.3 叶绿素含量的测定a.取新鲜玉米叶片，洗净表面污物，去掉中脉，取样0.2-0.5克，剪碎放入研钵中，加少量的石英砂、碳酸钙和2-3ml 80%的丙酮，研磨成匀浆，再加5-10ml 80%丙酮，继续研磨至组织变白。b.用适量的80%丙酮把研磨液转移至离心管中，4000转/min离心10min.c.将上清液转移至25ml的容量瓶中，用80%丙酮定容至25ml，摇匀。d.比色测定。把上述提取液倒入光径1cm的比色杯内（溶液高度为比色杯的4/5），用80%丙酮作为空白，分别在波长663cm、645cm下测定吸光度。3.5. 生长量的测定3.5.1 植株鲜重的测定将不同处理的玉米苗小心连同根系取出，洗净，用吸水纸吸干水分后天平称取鲜重，比较不同处理植株鲜重的差别。3.5.2植株干重的测定将称取鲜重的玉米苗置于110烘箱中杀青15 min后，80烘干至恒重后用天平称干重，并计算植株含水量。植株含水量(%)=（植株鲜重植株干重）/植株干重 100%3.5.3 根冠比的测量根冠比=植株根系干重/植株地上部分干重4.实验结果与分析 4.1 膜损害程度的测定4.4.1 膜透性的测定 电导率 组别初电导率终电导率实验组40.5102.8对照组33.494.6实验组相对电导率L1=40.5/102.8=0.394对照组相对电导率L2=33.4/94.6=0.353伤害度=（L1-L2）/（1-L2）=（0.394-0.353）/（1-0.353）100%=6.3%结果分析：水分胁迫对叶片膜的伤害与没有受到水分胁迫的玉米叶片的膜伤害度影响不同。在水分胁迫下,细胞膜受到伤害,细胞膜透性增加,电导率随之增强。我们组玉米中所测得的结果也表明在水分胁迫下,处理组叶片保水能力降低,使受害加重;同时,细胞质膜的稳定性降低。我们组算得的伤害度为6.3%比较小，对照不是很明显。这是因为在种植时为了保证其存活，保持了一定的水量而且这个水量与处理组的相差不大，所以其长势并不出现明显的差别还有可能影响结果的因素有：CO2在水中溶解度较多，测电导率时，可能有CO2进入气管。4.4.2 丙二醛（MDA）测定 波长 消光度实验组对照组空白对照600nm0.2210.1790532nm0.5200.3860450nm1.1930.8450实验组：y532 =-0.00198+0.008A450=0.103004 MDA含量（mmol/l）=0.195996/155=0.0012645 MDA含量(umol/g)=0.0012645(128)/(1.00604) 1000=30.167对照组：y532 =-0.00198+0.008A450=0.07238 MDA含量（mmol/l）=0.13462/155=0.0008685 MDA含量(umol/g)=0.0008685 (128)/(0.99984) 1000=20.8482结果分析：从实验结果可以看出实验组的MDA值对照组MDA值。丙二醛是细胞膜脂过氧化作用的产物之一，它的产生会加剧对细胞膜的损伤。实验组是干旱的环境下生长，而对照组是在正常浇水的环境下生长，实验组逆境胁迫衰老过程中，细胞内活性氧代谢的平衡被破坏的程度大于对照组，故细胞内的活性氧的积累相对较多，所以实验组的MDA值比对照组的MDA值要大。4.4.3 叶绿素含量的测定 实验组对照组重量(克)0.20800.2138A663nm0.2160.600A645nm0.0810.220实验组：叶绿素a的浓度Ca=2.53773 叶绿素a的含量=0.3050mg/g 叶绿素 b的浓度Cb=0.84456 叶绿素b的含量=0.2015mg/g 每克鲜重中叶绿素的含量=叶绿素a的含量+叶绿素b的含量 =0.3050+0.2015 =0.4065克对照组：叶绿素a的浓度Ca=7.0622 叶绿素a的含量=0.8258 mg/g 叶绿素 b的浓度Cb=2.2316 叶绿素b的含量=0.2609 mg/g 每克鲜重中叶绿素的含量=叶绿素a的含量+叶绿素b的含量 =0.8258+0.2609 =1.0867克结果分析：实验组和对照组的叶绿素a与叶绿素b的比值接近理论值3：1，说明测得的数据比较真实和准确。实验组中的每克鲜重中叶绿素含量要比对照组的低得多，说明干旱环境对玉米植株的生长有较大的影响。水分是植物合成叶绿素的原料，植株缺乏水分时，叶绿素合成不足，叶片出现枯黄严重者甚至出现萎焉。水分也可以通过影响玉米其他的生理状况从而影响植物生长，例如水分缺乏会影响植物对矿质元素的运输和吸收，而某些矿质元素是植物生长所必需的。4.5. 生长量的测定4.5.1 植株鲜重的测定 鲜重（克）实验组对照组整株16.316518.94384.5.2植株干重的测定 干重（克）实验组对照组根0.70960.6983叶1.54911.6324整株2.25872.3307实验组植株含水量=（16.3165-2.2587）/16.3165=86.16%对照组植株含水量=（18.9438-2.3307）/18.9438=87.70%结果分析：通过对比，实验组植株含水量比对照组少，这是因为干旱使植株缺水，不能吸收充分的水分，但是两组的数据相差不大，对比不明显，可能是因为我们的土壤的保水能力不够好造成的。4.5.3 根冠比的测量实验组根冠比=0.7096/1.5491=45.81%对照组根冠比=0.6983/1.6324=42.78%结果分析：当植物受到水分亏缺胁迫时，光合速度下降，同化物的形成速率和形成量降低。植物为适应新的生存环境，一方面用有限的同化物来合成一些物质以保持细胞和组织一定的渗透能力来适应干旱环境（渗透调节），另一方面继续提供给其他细胞和组织维持其一定的生长速率。干旱抑制蔗糖从叶肉细胞的向外运输，但促进了韧皮部的装载，而蔗糖的韧皮部长距离运输则不受影响. 干旱导致同化物形成速率的下降和同化物优先向合成渗透调节物质方向分配必然会影响植物的根冠比。在干旱条件下,根系生长受抑制的程度远低于地上部生长受抑制