缺氮对植物生长的影响

王涛赵为朋

河北农业大学，农学院，植物科学与技术0901班

摘要：已有的实验结果表明，氮、磷、钾肥不同用量配比对于米的产量、效益有较大影响^[1]。为研究缺氮对玉米生长发育的影响，以沈玉26 CK玉米为材料，在苗期进行缺氮处理。通过对玉米幼苗生长速度、根冠比、叶片叶绿素含量、地上部和根鲜重等指标进行研究，结果表明:株高在处理后第7天出现明显差异，处理组株高低于对照组2.8cm，仅为对照组的83.33%；对照与处理组间根冠比出现显著差异；对照与处理组间叶绿素含量出现显著差异；地上部和根鲜重出现显著差异。故上述指标可以作为玉米幼苗缺氮对其生长的影响的指标。

关键词：玉米；氮素；生长状况；根冠比；叶绿素含量；地上部和根鲜重比例

随着我国人民生活水平的提高和畜牧业的迅速发展, 玉米在饲料中的地位愈来愈重要。我国在大部分玉米供作饲料后, 玉米的生物学产量及其饲用营养品质倍受重视。关于氮素对玉米子粒产量影响

的报道较多^{[ 2-3 ]}。氮素既是植物最重要的结构物质,又是生理代谢中最活跃、无处不在的重要物质——酶的主要成分^{[ 4]}另外作为实验材料玉米幼苗易取得，试验速度快，容易观察。本文以沈玉26CK为实验材料，旨在研究缺氮对玉米幼苗的生长带来的影响和其表现症状。杨丽娟^〔5〕、黄鑫^〔6〕等分别对玉米进行了缺素症状研究何萍研究了氮肥对春玉米叶片衰老的影响^{[7 ]} ;关义新等研究了光氮互作对玉米幼苗叶片光合碳、氮代谢的影响^{[8 ]} 。结果显示：缺N、P、K、Ca、Mg、Fe 等几种元素．玉米苗地上与地下部分均与对照有显著差异。

1 材料与方法

1.1 材料

    供试玉米品种为沈玉26CK，沈玉26CK玉米的种子及其经过培养的幼苗，本实验采用数据取自3号和6号所培养的沈玉26CK玉米幼苗。

  其他：蛭石，塑料盆、盘，标签纸，完全营养液，缺氮营养液，95%的乙醇，洗瓶，研钵（一套），25ml棕色容量瓶（两个），玻璃棒，漏斗（两个），50ml小烧杯（两个），漏斗架，剪刀，直尺，滤纸，托盘，胶头滴管，1ml玻璃比色杯，电子天平，721E型可见分光光度计

1.2 方法

1.2.1播种

    每组选取6个花盆，装满蛭石后，每3盆放入一个塑料盘内，从沈玉26CK品种的玉米籽粒中选取试验用种子，在每个塑料盆里种6粒，用自来水浸润，保持湿润，放于向阳的阳台上发芽。

 1.2.2 选苗，移栽

    培养一周后，进行选苗移栽，每组选取6个花盆，装满蛭石后，每3盆放入一个塑料盘内，每组选取生长一致的玉米幼苗，掐去部分根，栽于盆中（1株/盆）在两个塑料盘内分别加入完全营养液和缺氮营养液浸润，贴好标签（营养液类型，姓名，日期，玉米品种）

1.2.3配营养液及浇灌

1.2.3.1 配制营养液

在试验室利用药品和仪器统一配置营养液，配置完成以后将营养液分别装入洗净空干的塑料瓶中，避光保存。配置方法如下表：

表一 营业配制方法

按以上表格里的用量配置营养液，每100ml培养液中各种贮备液的用量（ml），用蒸馏水配置。

1.2.3.2 浇灌

将营养液倒入塑料盘内，通过蛭石的吸水作用，可以将营养液吸入塑料盆内并充满蛭石供玉米幼苗的生长所需，在玉米幼苗的生长过程中应适时适量的浇灌以保证蛭石湿润，使玉米幼苗可以正常吸收到营养液。

1.2.4观察及测量结果

1.2.4.1 株高

    每隔一天用直尺测量一次叶基高度，即从茎部底端到最长叶的长度。每隔一天测量直径，记录玉米幼苗的叶数。

1.2.4.2 缺氮症观察

    实验开始后每隔一天观察一次，记录缺氮时所表现的症状及最先出现症状的部位。

1.2.4.3 根冠比测定

    将玉米幼苗从盆中取出，每两人一组，取一棵对照，一棵缺氮两棵玉米幼苗，将蛭石洗去，用滤纸吸干玉米幼苗上的水，测量根的长度。然后用剪刀从根茎分界的部位剪开，除去枯死的叶片，将地上部和根分别放在电子天平上称量其鲜重，然后计算玉米幼苗的根冠比。公式如下：

     根冠比=根鲜重/地上部鲜重

1.2.4.4 叶绿素测定^［7］

 1.取对照和缺氮的玉米幼苗差别明显的新鲜叶片各0.2g

 2.将叶片分别放入研钵中，用剪刀剪碎，加入适量的95%的乙醇，研磨至匀浆。

 3.将剪好的滤纸套入漏斗中，漏斗下接25ml棕色容量瓶，用乙醇将研钵冲洗2-3次，全部冲入漏斗里，然后再将滤纸冲洗干净，最后用胶头滴管定容至25ml，摇匀。

 4.把叶绿素提取液倒入宽1cm的比色杯内，用分光光度计分别在波长649、665nm下测量其吸光值，以95%乙醇为空白对照。

 5.按公式分别计算叶绿素a、b的浓度，相加即得总浓度。公式如下：

   D₆₄₉=24.58C_a+46.84C_b        D₆₆₅=83.81C_a+23.10C_b     C_总=C_a+C_b

C_a——叶绿素a的浓度      C_b——叶绿素b的浓度

 6.求得叶绿素浓度后再按下式计算叶片的叶绿素含量：

   叶绿素含量（鲜重%）=(C_总×1000×25×10^-3)/（W×1000）×100%

1        结果与分析

2.1 缺氮对玉米幼苗症状表现

    实验开始第二天处理组幼苗第一片叶子叶尖和基部开始变黄，而对照组叶子无变黄现象，第6天时变黄明显，处理组的第一片叶子完全变黄，对照组仍为绿色，并且处理组幼苗第二片叶子叶尖开始变黄，叶片整体绿色较对照组浅，随着实验进行处理组与对照组叶片差异逐渐明显扩大。处理组整个植株的生长发育状况不如对照组。

2.2 缺氮对株高，生长速度的影响

    处理后第3天出现差异，对照组株高大于处理组，处理第7天时差异较为明显，处理组株高低于对照组2.8cm，仅为对照组的83.33%，第9天开始对照组和处理组株高差异更为显著，并且株高差异扩大趋势明显。

 缺氮后玉米生长缓慢，株高增长比不缺氮的玉米幼苗慢。

2.3 缺氮对根冠比的影响

对处理组植株与正常组植株根冠比等指标进行测量结果如下：

表二 玉米植株根冠比与各部分长度

   将玉米幼苗的地上部和根分开后用电子天平分别称量其鲜重，对照组的根冠比为0.75g/1.54g=0.49，处理组的根冠比为0.69g/0.98g=0.70.

缺氮后玉米幼苗的根冠鲜重均比不缺氮的玉米幼苗小，根冠比较不缺氮的玉米幼苗大。

2.4 缺氮对叶绿素的影响

    在实验室进行叶绿素的提取与测定其含量，结果如下：

表三 各样本吸光度值

根据公式可以算出C_a、C_b、C_总。

表四 处理组与正常组叶绿素测定

缺氮的玉米幼苗叶绿素含量明显小于不缺氮的玉米幼苗。

3. 讨论

   植物除了从土壤中吸收水分外，还要吸收矿质元素以维持正常生命活动。缺乏某种必须元素时会引起生理和形态上的变化。氮素是作物体内叶绿素、蛋白质、核酸和一些激素的重要组成部分^{[8 ]} ,几乎影响了光合作用的各个环节,包括叶片叶绿素含量、光合速率、暗反应主要酶活性以及光呼吸等,直接或间接影响着光合作用^[9]本实验所观测的缺氮后的症状，株高均在3天后才表现出差异，基部第一片叶在第6天后出现明显差异，处理组的根长比对照组的稍长，直径小，根冠比较对照组的要大。在植株缺乏氮素后根系为寻找氮素，主动向下伸长，故处理组根系相对较长。缺氮也会影响叶绿素的合成^[10]，使植株叶片变黄，发育不良。通过对玉米幼苗的缺氮培养实验可以知道，氮素对玉米生长有着很重要的影响，在农业生产中氮肥的使用一定要跟上玉米的生长需求，否则在玉米生长期中出现缺氮的症状是轻则影响植株的正常生长，重则会减产绝收。

参考文献

[1] 范贵国 , 张莉 , 李天书, 王天书.氮、磷、钾肥料施用量对玉米产量和效益的影响[M]. 贵州农业科学 2007, 35( 4) : 79-80

[2] 李金洪, 李伯航. 矿质营养对玉米营养品质的影响[ J] .玉米科学, 1995, 3( 3) : 54-58.

[3] 武际,郭熙盛,王允青等. 不同土壤养分状况下氮钾配施对弱筋小麦产量和品质的影响. 麦类作物学报,2007 ,27(5) :841 - 846.

[4] 赵平, 孙谷寿, 彭少林. 植物氮素营养的生理生态学研

究[ J] . 生态科学, 2008, 17( 2) : 36-42.

[5] 杨丽娟,李贵琴,桂明珠,等. 玉米缺素症状的研究[J]. 玉米科学,2007,8(2):75-79.

[6] 黄鑫,王磊,李成,等. 玉米幼苗缺素症状研究[J]. 东北农业大学报,2009,35(3):272-275.

[7 ] 何萍,金继运,林葆. 氮肥用量对春玉米叶片衰老的影响及其机理研究[J ] . 中国农业科学,2008 ,31 (3) :66 -71

[8 ] 关义新,林葆,凌碧莹. 光、氮及其互作对玉米幼苗叶片光合碳、氮代谢的影响[J ] . 作物学报,2008 ,26 (6) :806 -812

[9 ] 曹翠玲,李生秀. 氮素对作物生理特性及生长的影响[J ] . 华中农业大学学报,2007 ,23 (5) : 581 -586

[10 ] 段巍巍,李慧玲,肖凯,李雁鸣. 氮肥对玉米穗位叶光合作用及其生理生化特性的影响.华北农学报,2007 ,22 ( 1 ) : 26-29

图为培养后的玉米幼苗（左缺氮，右完全）

 

第二篇：植物生理实验报告

本科学生综合性实验报告

项目组长     高铭远     学号    07070241011  

成    员 杜广宇、杜沙沙、段司宇、冯慧彬、宫亚坡

专   业     生物技术    班级        1班     

实验项目名称         小麦耐盐生理指标测定      

指导教师及职称       尉连伶      讲师          

开课学期      20##   至    2009   学年  2  学期

上课时间      20##    年   4    月    22   日

植物耐盐性生理指标的测定

一、实验目的及要求

通过本实验的学习，使学生掌握脯氨酸含量、过氧化物酶活性和丙二醛含量测定方法，掌握单因子方差分析，培养学生离心机和分光光度计的使用技能，为今后撰写毕业论文打下良好的基础。

二、实验主要仪器和试剂

仪器: 离心机；分光光度计；恒温水浴锅

试剂：酸性茚三酮溶液；冰醋酸；标准脯氨酸溶液；3％磺基水杨酸；过氧化物酶测定反应液；pH6.0磷酸缓冲液10％TCA；0.6％TBA

三、实验原理

植物在盐胁迫下,植物可通过积累一定量的脯氨酸降低水势, 维持植物体内的水分平衡,保证植物的正常生长。脯氨酸本身是一种水溶性最大的氨基酸，，它可以防止原生质体的水分散失，在植物细胞生理干旱时，它的增加有助于细胞或组织保持水分。用磺基水杨酸提取植物样品时，脯氨酸便游离于磺基水杨酸的溶液中，然后用酸性茚三酮加热处理后，溶液即成红色，色素的深浅即表示脯氨酸含量的高低。在520nm波长下比色，从标准曲线上查出脯氨酸的含量。

植物在盐胁迫下，活性氧含量会明显增加，对植物体产生毒害，而过氧化物酶会清除植物体内多余的活性氧 。过氧化物酶广泛存在于植物的各个组织器官中。在有过氧化氢存在的条件下，过氧化物酶可以使愈创木酚氧化，产生茶褐色物质，在470nm处有最大吸收峰，可根据单位时间内A₄₇₀的变化值，计算POD活性大小。

植物在盐胁迫下，往往发生膜脂过氧化作用，丙二醛是其产物之一，通常将其作为脂质过氧化指标，用于表示细胞膜脂过氧化程度和植物对逆境条件反应的强弱。丙二醛（MDA）是常用的膜脂过氧化指标，在酸性和高温度条件下，可以与硫代巴比妥酸（TBA）反应生成红棕色的三甲川（3,5,5-三甲基恶唑2,4-二酮），其最大吸收波长在532nm。但是测定植物组织中MDA时受多种物质的干扰，其中最主要的是可溶性糖，糖与TBA显色反应产物的最大吸收波长在450nm，532nm处也有吸收。植物遭受干旱、高温、低温等逆境胁迫时可溶性糖增加，因此测定植物组织中MDA—TBA反应物质含量时一定要排除可溶性糖的干扰。

四、实验步骤

（一）实验材料的培养

小麦种子吸胀8h后消毒、4℃下春化30天，采用砂培法种植，至三叶期，作为供试材料。

（二）盐胁迫处理

用100 mmol/L NaCl对小麦进行盐胁迫，以未进行盐胁迫为对照，以进行盐胁迫为处理，盐胁迫3d后分别测定脯氨酸含量、过氧化物酶活性和丙二醛含量，对照和处理分别重复3次。

（三）脯氨酸含量测定

1.标准曲线的制作

用100μg/ml脯氨酸配制成2、4、6、8、10μg/ml的标准溶液。取标准溶液各2ml,加2ml3% 磺基水杨酸，2ml冰醋酸和4ml2.5% 茚三酮试剂于具塞试管中，置沸水浴中显色1h，冷却后与波长520nm测定A值，以A值为纵坐标，脯氨酸浓度（μg/ml）为横坐标绘制标准曲线。

2.脯氨酸的提取

称取小麦叶片0.5g，加3%磺基水杨酸5ml研磨提取，匀浆移至试管中，在沸水浴中提取10min，冷却后，5000rpm离心20min，上清液即为脯氨酸粗提液。

3.反应体系

取上清液2ml，并加入1ml冰醋酸，2ml酸性茚三酮，混匀置于沸水浴中显色0.5h。以2ml磺基水杨酸，1ml冰醋酸，2ml酸性茚三酮为对照。在可见分光光度计下520nm处测得A值。

4. 脯氨酸的含量的计算

从标准曲线查得脯氨酸浓度，计算出样品中脯氨酸的含量，以每克材料鲜重含脯氨酸的微克数表示（μg/g）。

（四）过氧化物酶活性的测定

1.过氧化物酶的提取

称取小麦叶片0.2g，加5ml pH 6.0的磷酸缓冲液，再加入0.02g PVP-30（除去酚类物质的毒害，防止醌类物质的干扰）及少量石英砂研磨。4℃，5000rpm离心15分钟，上清液为酶粗提取液

2.反应体系

50μl酶粗提取液加入4ml反应液，在可见分光光度计下470nm处测A值，放入后立即记时，每隔1min记一次数值，连续记录三次，取平均值。

3.酶活力定义

过氧化物酶活性以每克鲜重每分钟在470nm下A值的变化值，设每变化0.01A为一个酶活力单位。过氧化物酶活性=U/min·g

（五）丙二醛含量测定

1.丙二醛提取

小麦叶片0.5g，加入10﹪三氯乙酸(TCA)5mL(分两次加)和少量石英砂充分研磨，匀浆液以5000r/min离心20min，上清液即为样品提取液。

2.反应体系

取2mL提取液，分别加入2mL 0.6﹪TBA液，混匀，在试管上加盖塞，置于沸水浴中沸煮15min，迅速冷却，离心。取上清液测定532nm和450nm下的A值。以2mL水代替提取液调零。

3.MDA含量计算：

根据C＝6.45×A₅₃₂－0.56×A₄₅₀，计算出样品提取液中丙二醛的浓度C，然后再计算出每克样品中丙二醛的含量(μmol/g（FW)。

五、实验结果

原始数据：

单因子方差分析结果：

六、结果分析

本次实验所得结果中，脯氨酸含量和POD活性测得结果差异显著，但丙二醛含量所测结果对照组与盐处理组差异并不十分明显，综合分析有以下原因：

①由于本次实验时间较长，前后相差一个月左右，致使三次测定中实验材料存在差异。

②麦苗所取部位不同，如叶部和茎部中脯氨酸含量、POD活性和丙二醛含量存在的差异可能影响实验结果。

③试验中，研磨不充分、石英砂和PVP加入不适量、每次水浴加热时间控制不精确等，都可能影响分光光度计测得结果，从而影响实验结果。

④由于测定丙二醛含量是，由多人测量，可能存在的误差较大，导致丙二醛含量两组差异不显著。

⑤实验中存在一系列的机械误差，也可能是影响实验结果。

七、思考题：

1.为什么使用砂培法培养实验材料？

①沙培介质的通气性较好，可以保证根际有较好的通气性。

②沙子的粒径较小,持水量较多,扩散范围大,根系能充分吸水吸肥，且根系水平方向伸展。

③每次都用新鲜营养液，较好的维持养分平衡，减少调控营养液的麻烦。

④持水量大，工业次数可减少，每天供液1—2次即可。

⑤水和肥料的用量较多，吸收利用率也不高，易于产生盐类积累。

⑥虽不易较精确控制，但仍可以调节PH。

2.分光光度法要求A值在多大范围内，数据才可靠，如何调整？

在实际分析工作中，溶液的吸光度控制在0.2～0.7时，数据较为可靠。调整方法：

①节“0”点。轻轻旋动调“0”电位器，使读数表头指针恰好位于透光度为“0”处（此时，比色皿暗箱盖是打开的，光路被切断，光电管不受光照）

②节T=100％。将盛蒸馏水（或空白溶液或纯溶剂）的比色皿放入比色皿座架中的第一格内，有色溶液放在其它格内，把比色皿暗箱盖子轻轻盖上，转动光量调节器，使透光度T=100％，即表头指针恰好指在T=100％处。