矿质元素对植物生长的影响

植物保护学院10级检疫学号：2010312935姓名：张臻矿质元素对植物生长的影响摘要：本综合性实验是以玉米苗为材料，配制完全营养液以及缺N、P、K、Ca、Mg、Fe元素的缺素培养液进行无土培养，培养4周后，分别观察玉米苗期各种缺素症状，并测定根系活力、叶绿素色素含量以及SOD活性。在综合分析玉米苗期各种缺素症状，并测定根系活力、叶绿素色素含量以及SOD活性的差异，从而进一步明确植物必须矿质元素对植物生长发育的重要性。关键词：缺素玉米苗叶绿体色素溶液培养前言：玉米(Zeamays)作为经济作物之一，又是粮食的副产品，在当前市场经济迅速发展过程中，玉米是改善人民生活，出口，外贸重要的物质之一，对发展农业、畜牧业具有十分重要的意义。为了提高玉米的产量和品质，在农业栽培技术和作物育种上开展各种研究的同时，掌握作物个体发育对外界环境条件营养物质需要极为重要。关于玉米一生各时期所需要的营养和缺素症状也己有大量的报道，但多为整个生育期总体的研究。而缺素情况下对玉米幼苗期的影响情况，我们又一次进行了实验研究，在学习培养操作的同时以补充和完善对缺乏各类元素症状的认识，为更有效地掌握玉米生产中营养管理提供科学依据。本文拟以N、P、K、Ca、Mg、Fe这6种植物必需的矿质元素，利用营养液培育方法，分析使植物发生相应的生理生化并影响其生长发育而产生相应症状。如缺乏这些元素可产生特有的缺素病症；生长速率下降；根冠比改变；根的活力及物质、积累受影响等。本组中的实验由7人共同完成，本人做全培养的工作，以下方法和操作介绍以全培养为主，实验结论为所有实验的共同分析。1材料与方法1．1材料健康的玉米种苗。1．2方法试验设7个处理。分别为完全营养液、缺N营养液、缺P营养液、缺K营养液、缺Ca营养液、缺Mg营养液、缺Fe营养液，以这些缺素营养液作为水培材料，将出去胚乳的健康的玉米种苗放入棕色培养瓶中培养。1.2.1配制储备液在500mL棕色广口瓶中装200ml蒸馏水，按照表1加储备液，边加边搅，以防出现沉淀。加完储备液后再补足蒸馏水至500ml，并用1%稀盐酸调整PH至5.5~5.8，即为完全培养液或缺素培养液。贴上标签，写明日期。表1完全培养液和各种缺素培养液配置储备液每100ml培养液中储备液的量（ml）完全缺N缺P缺K缺Ca缺Mg缺FeCa(NO3)22.5–2.52.5–2.52.5KNO32.5–2.5–2.52.52.5MgSO42.52.52.52.52.5–2.5KH2PO42.52.50.5–2.52.52.5CaCl2–2.5–––––NaH2PO4–––2.5–––NaNO3–––2.52.5––Na2SO4–––––2.5–EDTA-Fe2.52.52.52.52.52.5–微量元素0.50.50.50.50.50.50.51.2.2生长测量挑选生长一致（株高、根长、叶片数基本相同）且健壮的植株，除去胚乳，在吸水纸上轻轻吸干根部水分，测量株高、根长、叶片数和整株鲜重，记录。1.2.3移栽将植株小心地通过广口瓶胶塞圆孔，用棉花固定，使根系浸入培养液中。为是根系生长良好，最好在胶塞和培养液之间保留一定空隙，以利通气。将培养瓶放在阳光充足、温度适宜（20~25℃）的地方培养。1.2.4管理培养开始后每周补充一次蒸馏水以补充蒸腾损失的水分，每2周更换一次培养液。1.2.5症状观察与生长测量每周观察记录缺乏某一必需元素时所表现的症状和最先出现症状的部分。待幼苗表现出明显的症状后结束实验，并测量株高、根长、叶片数，用吸水纸轻轻吸干部分水分后，称取地上部鲜重和地下部鲜重。1.2.6生理生化指标测定（1）根系总吸收面积和活跃吸收面积的测定用吸水纸吸干根系上的水后测重，记录。在3个编号为1、2、3的烧杯中加入根系重量10倍体积的0.0002mol·L-1甲烯蓝溶液，将根在1、2、3号烧杯中依次浸泡1.5分钟，从1、2、3烧杯中分别取1ml到编号为1、2、3的试管中，每个试管中加蒸馏水9ml。用721型分光光度计比色（660nm、1cm光经的比色皿）直接读出溶液浓度。（2）叶绿体色素的定量测定取新鲜的玉米叶片擦净表面污物，去掉叶片主脉，用剪刀剪碎、混匀后称取0.2g。将称取的材料放入25ml的容量瓶中，加入80%的丙酮（不要加到刻度线），放在黑暗的条件下，浸泡至叶片发白（7天），用80%丙酮定容至25ml，摇匀、备用。将叶绿体色素的浸提液倒入1cm光径的比色皿内，以浸提试剂（80%丙酮）为空白分别测定波长663nm、646nm和470nm下的吸光度。2实验结果2.1缺素对植株外观形态的影响(一)缺氮：幼苗矮化、瘦弱、生长缓慢、叶丛黄绿；老叶发黄，叶片从叶尖开始变黄，沿叶片中脉发展，形成一个“V”形黄化部分，致全株黄化。叶狭小，茎秆纤细、并且下部叶片早衰老化。缺氮时，老叶首先表现症状，然后发展到植株较嫩的叶片上。(二)缺磷：茎杆变红，植株矮化，叶片不舒展，茎秆细弱；叶尖、叶缘失绿呈紫红色，后叶端枯死或变成暗紫褐色；生长缓慢矮缩，根系发育差。(三)缺钾：叶边缘枯萎，表现发育缓慢，植株生长矮小，节间缩短，叶色淡绿且带绿色条纹，老叶中的钾转移到新生组织中，下部叶片的叶尖、叶缘呈黄色或似火红焦枯，叶片与茎节的长度比例失调，叶长茎秆短。阻碍养分运向根部，使根系发育不良，出现早衰现象。(四)缺钙：缺Ca时植株矮小,组织坚硬。病态先发生于根部和地上幼嫩部分,未老先衰。幼叶卷曲、脆弱,叶缘发黄,逐渐枯死。叶脉间有枯化现象。茎和茎尖的分生组织受损,根系生长不好,茎软下垂,根尖细脆易腐烂、死亡。有时根部出现枯斑和裂伤。症状首先出现在茎尖、新叶等幼嫩部分,逐渐向下部叶片扩展。(五)缺镁：幼苗上部叶片发黄，失绿。叶脉间出现黄白相间的褪绿条纹，下部老叶片尖端和边缘呈紫红色；缺镁严重的叶边缘、叶尖枯死，全株叶脉间出现黄绿条纹或矮化。(六)缺铁：新叶发黄，植株矮小，幼叶脉间失绿呈条纹状。中，下部为黄绿色条纹，老叶绿色。严重时整个新叶失绿发白．失绿部分色泽一般不出现坏死斑点。2.2缺素幼苗与完全组幼苗的地上与地下部分比较表2形态变化缺素类型实验前鲜重（g）试验后地下部重（g）试验后地上部重（g）根冠比（R/T）RGR（g·g-1·d-1）症状观察完全1.131.832.9610.6180.154茎秆粗壮，叶片多，宽大，颜色绿，根系发达缺氮1.471.6542.810.7160.101植株矮小，老叶枯死，茎秆红，根系稀少缺磷1.141.302.980.4360.068生长速率比缺氮稍大，老叶枯死，茎秆红，根系稀少缺钾0.720.731.370.5330.097茎秆柔软，老叶枯死，根系稀少缺钙1.0251.0861.470.7380.029老叶枯死，根系稀少缺镁0.580.831.680.4940.093老叶枯死，第三，四叶失绿缺铁0.891.221.840.6630.051新叶发白2.3根系总吸收面积和活跃吸收面积（甲烯蓝吸附法测定）表3根系活力比较表缺素类型总吸收面积（m2/株）活跃吸收面积（m2/株）活跃吸收面积（%）完全1.010.4443.2缺氮0.4540.04710.4缺磷0.820.3542.2缺钾0.2540.11645.5缺钙0.0470.02246.8缺镁0.400.2050缺铁1.7950.89549.92.4叶绿体色素的定量测定表4叶绿体色素定量测定表缺素类型色素含量(mg·g-1)a:baba+b完全1.482.551.7350.58缺氮1.570.632.22.49缺磷1.6430.5632.2062.92缺钾1.0260.3531.4562.907缺钙0.3260.3460.6720.94缺镁1.0520.341.3923.094缺铁0.5620.1690.7313.333实验结果分析3.1缺素对植株外观形态的影响缺氮：氮是构成蛋白质的主要成分，核酸、核苷酸、磷酸、叶绿素及某些植物激素也含有氮。因此，缺氮导致蛋白质，叶绿素和某些植物激素合成受阻.缺磷：P是膜、核酸、核苷酸衍生物（ATP、NAD、NADP、FMN、FAD、Co[…）的合成原料，参与糖代谢（光合、呼吸、合成、分解、转变、运输etc）脂代谢（Co、ATPetc）。因此，缺磷导致糖代谢与脂代谢的不完全，阻碍膜和核酸等的合成。缺钾：钾肥利于植物糖类的合成和运输，促进块茎的生长，抗伏倒。因此，缺钾使得植物的糖类的合成和运输受到影响，块茎生长不好。缺钙：钙的重要性主要体现在钙能与作为胞内信使的钙调蛋白结合，调节植物体的许多生理代谢过程.尤其在环境胁迫下，钙和钙调素参与胁迫信号的感受、传递、响应与表达，提高植物的抗逆性。因此，缺钙会降低植物的抗逆性。缺酶：镁的主要生理作用：（1）叶绿素的组分；（2）在光合磷酸化中作为H+的对应离子，平衡电性；（3）酶的活化剂-----Rubis[，PEPCase等；（4）调节蛋白质合成（促进核糖体大小亚基结合）。因此，缺酶影响叶绿素和蛋白质的合成，电性的不平衡。缺铁：植物主要以Fe2+螯合物的形式吸收铁。铁的主要性质是化合价可变，Fe2+/Fe3+，因此铁作为电子传递体而起作用。（1）酶的组分---CAT,POD,抗氰氧化酶，细胞色素氧化酶；（2）电子传递体的组分，Fd,F-S,Cyt等；（3）酶活性的调节者-----叶绿素合成的必需因子。因此，缺铁会影响电子的传递。3.2缺素幼苗与完全组幼苗的地上与地下部分比较缺素组生长速率明显低于对照组，但根冠比高于对照组，说明缺素处理对植物抗逆性强弱具有明显影响。其中，缺Ca培养的玉米苗生长情况最差，株高、株重都较低，相对生长速率最低，这是因为缺Ca的玉米苗的新叶生长点坏死，生长代谢活动减慢，生长速率减慢。3.3根系总吸收面积和活跃吸收面积（甲烯蓝吸附法测定）完全培养的根系的活跃吸收面积要高于缺素培养的吸收面积，缺氮的根系最小，是因为根系抗性差，活力指标低，根系活力强，吸收面积大，有利于根系吸收水分和养分。3.4叶绿体色素的定量测定:从数据中可以看出在玉米缺素组中,叶绿体含量明显低于全素对照组,完全组的叶绿素a,b及叶绿素总含量明显高于缺素处理。缺钙植株叶绿素含量很低，所以其光合性也很弱。表明缺钙严重影响了植株体内叶绿素的合成，破坏光合作用的正常进行，严重影响了植株有机产物的生成和植株生长。4实验结论4.1缺素培养后,引起生物体膜脂过氧化程度增高,导致生物体内自由基的产生与消除的平衡被迫坏,加速植株早衰。4.2各种元素出现的缺素时间并不相同，这些缺素症状出现的时间先后表明了玉米幼苗对这些元素的需求在生长时期上不同。这也反映出玉米幼苗在生长时期的需肥特点。5参考文献【1】叶尚红，陈疏影等，植物生理生化实验教程。云南科技出版社，2004，104~108.【2】吴兆明.植物缺素诊断[J].植物杂志,1984,(4):61【3】杨丽娟、李贵琴、桂明珠、等.玉米缺素症状研究[J].玉米科学.2000,(1):75-79【4】郝改风等，玉米缺素症状及防治方法，河南农业2005（5）：27