植物生理学实验中溶液培养研究性实验的建立研究

刘 阳， 董树刚

(中国海洋大学 海洋生命学院, 青岛 266003)

植物生理学实验中溶液培养研究性实验的建立研究

刘 阳， 董树刚

(中国海洋大学 海洋生命学院, 青岛 266003)

溶液培养实验是植物生理学实验教学中的重要内容，而旧的教学大纲中该部分内容设置单一，不利于学生的理解掌握。笔者在教学实践中，将基础性实验与溶液培养实验有机结合，以溶液培养为技术手段，引导学生开展研究性实验，锻炼学生的动手能力，培养学生的观察能力、综合能力和创新能力，取得了较好的效果。

溶液培养；研究性实验；教学改革

植物生理学实验是植物生理学教学体系中的重要内容，该实验课程内容较多，实验内容可选择性强，然而由于实验上课时间的限制，很多实验不能具体开设，如何将各部分的实验内容进行有机串联是植物生理学实验教学的重要研究内容。同时现行的植物生理学实验中“验证性实验”比重过高，综合性及研究性实验的比例过低，不利于学生综合能力及创新能力的培养[1-2]。

植物溶液培养实验是植物生理学实验中的重要内容，该实验的实验目的是让学生了解矿质元素对植物生长的必需性以及植物的缺素症状。然而在旧的实验教学大纲中，该实验体系设置简单，内容单一，学生最后的实验结果往往是肉眼观察得到的，对实验结果不能进行深度展示，缺乏科学实验的严谨性，不利于学生对矿质元素在植物生长过程中重要作用的深度理解。其实完全可以对实验内容进行革新，扩展实验内容，对实验结果进行深度剖析，培养学生的综合实验技能及创新能力[3]。笔者结合自己近几年的教学实践，以研究性实验“铅胁迫条件下孔石莼对海水中磷元素吸收规律的影响”为例，对该部分内容革新方法进行说明。

1　实验革新的指导思想

笔者在实验教学中，将该溶液培养实验定位为一个研究性实验。植物溶液培养实验在中国海洋大学植物生理学实验课程体系中设置为第2个实验，该实验的开设时间早，学生有足够的时间(6～8周)进行实验，学生在进行基础性实验的过程中，可以同时进行溶液培养实验。当学生基础性实验全部完成后，已经掌握了基本植物生理指标的测定方法，而且溶液培养的植物材料也可以进行实验结果的总结，学生完全可以将学过的植物生理学实验知识应用到溶液培养实验中[4]。同时鼓励学生扩展思维，以溶液培养为技术手段，开展感兴趣的研究性实验。只要学生的实验方案可行，技术路线正确，笔者都会努力支持学生开展该实验。

研究性实验“铅胁迫条件下孔石莼对海水中磷元素吸收规律的影响”，选题是学生自己提出的，出发点是现在海洋中重金属的污染愈加严重，实验的目的是探讨重金属对海洋中海藻的生长影响。学生经查阅相关文献后形成开题报告，与实验教师讨论后，确定了实验方案。该实验拟设置梯度浓度的铅元素培养液，研究孔石莼对高浓度及低浓度磷元素的吸收规律。

2　实验材料的选择

在实验教学中，结合海大的涉海特色，作者鼓励学生选择自己感兴趣的材料进行实验。引导学生以海洋植物为实验对象，进行溶液培养实验。如“铅胁迫条件下孔石莼对海水中磷元素吸收规律的影响”研究性实验，学生选取的是青岛海边潮间带典型的藻类孔石莼。

3　实验教学方法及技术手段

溶液培养研究性实验以小组为单位进行(6～8人为1组)，实验时间实行弹性制，学生可以自己安排研究性实验。

在实验开始前，笔者会组织学生根据自己的兴趣点，以溶液培养为技术手段，组成实验小组。实验小组经查阅参考文献并讨论后完成一份开题报告，然后与实验教师讨论开题报告的可行性。当开题报告经实验教师审核通过后，学生开始溶液培养研究性实验[5]。

在实验教学体系中，溶液培养研究性实验与基础性实验同时进行，学生经过基础性实验的训练，可以将学到的实验技能应用到研究性实验中，并在研究性实验中强化基本的实验技能，并加深对植物生理学理论知识的理解(图1)。

最后学生会以研究性论文的形式上交作业[6]。论文要求按科研论文的格式撰写，包括题目、中英文摘要、关键词、前言、材料方法、结果与讨论及参考文献等。

“铅胁迫条件下孔石莼对海水中磷元素吸收规律的影响”研究性实验中，学生参考国家海水水质标准及渤海海域10年中最大铅离子污染浓度值，分别设置铅离子浓度为0、20、500和1000 μg/dm3。学生将海边采集的孔石莼在实验室暂养24 h，然后放入不同浓度梯度的铅离子培养液中进行培养(分低磷组及高磷组)，再测定培养15、35、55、75、135和255 min后培养瓶水体中磷酸盐浓度，以计算最大吸收速率。统计分析培养期间孔石莼对磷酸盐的吸收规律。

图1 植物生理学基础性实验及研究性实验教学体系

4　研究性实验的考核方式

溶液培养研究性实验的考核方式综合考虑学生的开题报告(20%)、研究性论文(50%)及学生的植物材料培养情况(30%)。该考核方式不单独依靠实验报告，加大学生植物材料培养情况在最终成绩中所占的比例，调动学生的实验主动性，学生只有认真进行资料的查阅、实验的准备、材料的培养、严谨的实验分析才能得到预期的实验结果。同时对学生实验的创新点进行适当加分[7]。

在“铅胁迫条件下孔石莼对海水中磷元素吸收规律的影响”研究性实验中，学生最后发现在自然海水(低磷组)中，铅对孔石莼吸收磷元素具有明显的胁迫作用，而且铅浓度的升高导致孔石莼吸收磷元素的速率逐渐降低，1000 μg/dm3实验组中铅的胁迫作用主要是发生在实验初期的快速吸收阶段，这与铅对孔石莼吸收总氨氮的胁迫作用研究是一致的[8]；而高磷组中，铅元素具有与低磷组相似的胁迫作用。

该研究性实验选题上具有创新性及一定的应用性，最后取得的实验结果具有可信性，该研究性实验强化了学生的实验技能，锻炼了学生的创新能力，学生通过该实验认识到重金属污染对孔石莼生长的危害。因此在最后的实验考核中，笔者给予了学生5分的创新加分。

在几年的实验教学中，笔者坚持将溶液培养以研究性实验的方式进行开设，取得了较好的效果，调动了学生的实验主动性，提高了学生的实验创新能力。根据笔者的教学体会，总结以下几点心得。

1　实验方案面广

经过近几年的实践，笔者发现该溶液培养教学手段能激发学生的实验兴趣，学生选题面广，如有的小组在原来溶液培养缺素症实验基础上，设置不同的元素浓度梯度，观察不同浓度梯度下，植物的生长情况；有的实验小组在缺素症实验基础上进行了重金属元素对植物的生长影响；有的实验小组受市场上富硒大米的影响，进行了植物材料对硒的吸收能力实验；有的学生以海藻为研究对象，研究了海藻对海水中重金属的吸收能力，探讨海藻在海洋生态修复中的可行性；有的学生还以海水为溶液培养载体，筛选具有抗盐能力的植物等(表1)。

表1 学生溶液培养研究性实验选题举例

2　实验选材多样

学生在实验的选材上也有很大的主动性，不仅局限于常见的溶液培养材料，有的学生结合海大的涉海特色，选择了紫菜、鼠尾藻、浒苔、孔石莼等海洋藻类为实验对象。

3　实验创新手段新颖

进行溶液培养研究性实验过程中，有的学生发现旧的溶液培养设备比较简单，尝试进行了循环式溶液培养系统的设计，经过师生的共同努力，该系统设计成功，运行良好，有望在以后的溶液培养实验中运行。以海洋植物为培养材料，以海水为溶液培养载体，将海洋特色融入到溶液培养实验中也是该研究性实验的一个重要创新点。

在实验过程中，笔者还根据本实验室具备的实验条件，对实验内容进行了扩展，如组织“植物对重金属富集能力实验”小组进行了植物体内重金属的测定；组织“植物对硒吸收实验”小组进行了硒的测定；让学生学会使用原子吸收分光光度计、原子荧光分光光度计及微波消解仪等仪器。在实验教学中，笔者坚持以学生为本，只要学生的创新想法具有可行性，就尽最大可能为学生提供条件，努力培养学生的创新能力。

笔者在教学实践中发现，经过教学改革后的溶液培养实验能很好地扩展为一个研究性实验，而且在实验时间安排上能与基础性实验相契合。通过溶液培养研究性实验，学生的实验兴趣有明显提高，研究性实验的成功率在90%以上，学生最后的研究性论文的质量也比较高，有的学生基于自己的溶液培养研究性实验发表了研究论文。

将溶液培养实验作为一个研究性实验，以溶液培养为技术手段，将基础性实验联系起来，不仅能培养学生的实验技能，而且能加深学生对营养元素、植物生长、植物生理三者之间关系的理解[9]。训练学生的操作技能，锻炼学生的动手能力，培养学生的观察能力、综合能力和创新能力，增强学生分析问题和解决问题的能力，促进创造性思维的形成。同时开阔学生的思路，培养学生的科研创新能力[10]。

[1]孔凡芹.《植物生理学》实验教学存在的问题与改进[J].科技创新导报，2010,25:174.

[2]李 滨,彭 涛,张立立.探究性植物生理实验教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2009,28(10):131-132.

[3]江月玲,刘顺枝,胡位荣.综合性实验“植物缺素溶液培养”的改革实践初探[J].科技信息，2009,19:423-424.

[4]王绍明,张霞.围绕溶液培养进行系列实验的教学方法[J].植物生理学通讯，1996,32(2):138-139.

[5]陈洪国,陈宦兵,范付华.研究型综合设计性实验在植物生理学实验教学中的应用[J].襄樊职业技术学院学报，2007,6(6):95-97.

[6]张秀玲.植物生理学实验教学中研究型综合设计性实验的探究[J].实验室科学,2009(8):88-89,92.

[7]于虹漫,向红,何丽,等.植物生理学课程探究性实验考评体系改革初探[J].安徽农业科学,2012,40(2):1223-1224.

[8]魏海峰 朱学惠 刘长发,等.Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)对孔石莼吸收总氨氮的影响[J].大连水产学院学报,2008,23(4):283-287.

[9]王桂兰,乔永旭,胡阳,等.“植物元素缺乏症”实验教学方法的改进[J].植物生理学通讯，2006,42(6):1161-1162.

[10]杨晓华,张华峰.加强植物生理学实验创新教育的思考[J].实验室研究与探索，2010,29(8):67-69.

The establishment of hydroponics research experiment in plant physiology experiment

LIU Yang, DONG Shu-gang

(College of Marine Life Science, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)

Hydroponics experiment is an important content of the teaching in plant physiology. However, the content of this part is monotonous in the old syllabus. The author tries to combine the basic experiment with hydroponics experiment in his teaching. Using hydroponics as a technology and guiding students to carry out research experiment, the author′s teaching innovation has achieved good results, training students′ practical ability, observation ability, comprehensive ability and innovation ability.

hydroponics; research experiment; teaching innovation

2014-05-30；

2014-08-11

中国海洋大学实验室研究基金(高校基本科研业务费)(1200841451010)

刘阳，博士研究生，实验师，从事植物生理学教学与科研工作，E-mail:liuyang09@ouc.edu.cn。

Q945-4;G652

C

2095-1736(2015)01-0107-03

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2015.01.107