植物生理学实验论文

铁元素对玉米生长的影响

前言：植物生长需要营养元素，玉米吸收的矿质元素多达20余种，其中包括碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硅、铁、锰、硼、辛、铜、钼、镍、氯等等。杨丽娟【1】、黄鑫【2】等的实验结果显示缺少N、P、K、Fe等元素的玉米苗叶绿素ab含量、光合速率、水势值、根系活力、干重五项生理指标均低于对照，表明缺少任何元素都会使玉米植株生长受到抑制，从而使粮食减产。

摘要：铁是光合作用、生物固氮和呼吸作用中的细胞色素和非血红素铁蛋白的组成，缺铁过久会使嫩叶缺绿、全叶白化。本实验分别通过完全营养液和缺铁培养液对玉米培养并对其生长速率、叶绿素ab含量等生理指标进行对比来验证缺铁对玉米生长的影响效果。实验结果显示缺素苗的叶绿素含量、叶面积、干重等指标比完全培养的都要低。

关键词：玉米缺铁叶绿素ab含量干重根POD酶活性叶面积

一、材料与方法

1.1材料、试剂及器材

1.1.1材料

玉米种子

1.1.2试剂

完全营养液、缺铁营养液、纯水、100ml/L磷酸缓冲液（pH6.0）、愈创木酚、30%双氧水、20mml/L磷酸氢二钾、丙酮、乙醇等等

1.1.3器材

试管、烧杯、量筒、滴管、移液管、容量甁、培养缸、分光光度计、电导率仪、叶面积测量仪、离心机

1.2方法步骤

1.2.1玉米种子萌发

玉米种子吸胀后，播种在干净的沙子中，在宿舍培养，定期浇水，保持沙土湿润，直到玉米幼苗4-6cm高。

1.2.2移栽

选择生长势一致的植株进行完全和缺Fe培养。每种培养重复3个培养缸，每个培养缸3株玉米幼苗。

1.2.3缺素培养

缺素培养玉米，每天要补充纯水至原来高度，每周更换1次培养液，培养3周

1.2.4测量

缺铁和完全培养幼苗叶片叶绿素含量的测定及比较( 分光光度法、SPAD法)【3】、叶面积（叶面积测量仪）和叶片水分含量的测定及比较

1.2.5逆境处理

将缺铁和完全培养幼苗洗净后分别分成两组装在盛有等量纯水的4个烧杯中，1个装缺铁培养幼苗和1个装完全培养幼苗的烧杯放在45℃恒温箱，其余2个放在25℃恒温箱，培养一个晚上

1.2.6测量

植物细胞质膜透性检测（电导值法）【4】、分光光度法测根POD酶活性【3】，比较缺铁培养幼苗与完全培养幼苗的抗逆境能力

二、结果分析

2.1缺素培养玉米苗与完全培养玉米苗的形态差别

A B

C D

图1 培养过程中玉米的形态特征

A、B分别为培养了8天的缺铁培养苗和完全培养苗

C、D分别为培养了21天的缺铁培养苗和完全培养苗

描述：

A：叶边干枯、叶色黄绿、无斑、生长点完好

B：部分叶边干枯、叶色黄绿、无斑、生长点完好

C：大部分植株矮小、部分植株枯萎、嫩叶发黄发白、无斑、生长点完好

D：植株比C的高大、叶片鲜绿、无斑、生长点完好

2.2叶面积

叶面积/mm2

图2 缺铁和完全培养玉米的叶面积测定

实验结果表示完全培养的玉米幼苗的叶面积比缺铁培养的玉米幼苗叶面积都要大，缺铁对玉米幼苗生长有抑制的作用。因为铁是光合作用、生物固氮和呼吸作用中的细胞色素和非血红素铁蛋白的组成成分【5】，所以缺铁时玉米叶片不单只发黄发白，而且长得细小。

2.3株高

平均增长高度/cm

从植株增长高度来看完全培养与缺铁培养植株高度相近，缺铁培养的略高。这结果与预期相反，导致该结果的原因可能有多个，包括：1、天气（阴天和大雨）2、人为（换溶液和棉花时伤到幼苗）等等。

2.4水分含量

百分比

图 4叶片水分含量

从实验结果来看，完全培养培养的玉米叶片含水量比缺铁培养的要低。其原因可能是缺铁导致玉米体内多种蛋白质合成受阻，使多种氨基酸积累在细胞中，造成水势降低【2】，细胞吸收更多的水分，最终使缺铁培养的玉米叶片含水量大于完全培养的。

2.5叶绿素含量

吸光值

图5 分光光度法测玉米叶片叶绿素含量

设叶绿素a、b的浓度分别为Ca、Cb,计算公式【3】如下：

Ca=13.95A665-6.88A649

Cb=24.96A 649-7.32A 665

mg/L 图6 分光光度法测玉米叶片叶绿素含量

如图5所示缺铁培养的玉米幼苗的叶绿素含量基本上都比完全培养的要低，完全1的叶绿素a 含量是缺铁1的3倍多，是缺铁2的2倍多，相差比较大。因为叶绿体中某些叶绿素-蛋白复合物合成需要铁，缺铁时叶绿素-蛋白复合物合成受阻，叶绿素含量降低。 2.6逆境处理

2.6.1植物细胞质膜透性检测（电导值法）

us/cm

图7 玉米纯水培养液电导率值测定

实验结果显示1：缺铁常温的电导率比缺铁高温的低，原因是高温使玉米根细胞细胞膜受损，膜过氧化加剧[6]，电解质渗漏增加，从而使电导率上升。然而完全常温的电导率异常，比完全高温的还要高。原因或者是处理玉米苗的时候，伤害到玉米苗根部，使电解质渗漏率大幅增加。2：缺铁高温的平均电导率比完全高温的平均电导率高,证明铁元素在玉米抗高温时发挥积极作用，它参加保护酶系的构成和影响其功能的发挥，即铁元素有抗高温的能力。 2.6.2根POD 酶活性

图8 分光光度法测玉米根POD酶活性

-0.2

00.20.40.60.8时间/s

O D 47

△OD470=（OD470F-OD470I）/（t F-t I）

U=（△OD470*V）/(V s*m)

/10³

△OD470/(min.g)

从图9处理的数据看出常温时根POD酶活性比高温时的活性要高，证明45度对玉米有抑制生长的作用。另外我们也可以看出完全常温时的酶活性要比缺铁常温的要高，完全高温的酶活性比缺铁高温的要高。这说明完全培养的玉米幼苗比缺铁培养的抗氧化能力更强，所以更能耐高温。

参考文献：

[1]杨丽娟，李桂琴，桂明珠，等.玉米缺素症状的研究[J].玉米科学，2000,8（2）：75-79

[2]黄鑫，王磊，李成，等.玉米幼苗缺素症状研究[J].东北农业大学学报，2004,35（3）：272-275.

[3]李玲，李良辉，蒋素梅，冷佳奕，王小菁.植物生理学模块实验指导[M].北京：科学出版社，2011

[4]西北农业大学植物生理生化教研组.植物生理学实验指导[M].西安：陕西科学技术出版社，1987

[5]潘瑞炽，王小菁，李良辉.植物生理学[M].北京：高等教育出版社，2008.6

[6]李建建，郁继华，常雅君，徐晓昀，聂书明.高温胁迫对黄瓜叶片质膜透性及酶活性的影响[J].长江蔬菜，2007.9：59-61