植物生理实验教学中开设综合性实验探索

樊 佳，王雨昊，陶成秋，姜辰阳，王茂林，林宏辉

(四川大学 生物科学实验教学中心 成都 610065)

植物生理实验教学中开设综合性实验探索

樊 佳，王雨昊，陶成秋，姜辰阳，王茂林，林宏辉

(四川大学 生物科学实验教学中心 成都 610065)

应对21世纪高素质综合型人才的需求，结合植物实验教学的要求，整合验证性实验为综合设计性实验，开设“外源一氧化氮对盐胁迫下小麦幼苗的影响”实验。新颖的实验内容激发了学生的实验兴趣，充分发挥学生的主观能动性，有效地提高了实验教学的质量。

逆境胁迫；植物生理；综合性实验；探索

建设创新型国家战略目标的实现，要求高等教育培养出大批具有创新素质的人才[1]。实验教学是高等教育的重要组成部分，是抽象与具体、理论与实践相结合的过程，在人才培养中具有理论和其他教学环节不可替代的作用[2]。为了创新实验教学，加快实验教学改革的步伐，四川大学生物实验中心整合植物生物学验证性实验为综合性设计性实验，在实验方案设计、实验内容设置、学生评价体系等方面进行了一系列探索。

1 研究背景

环境胁迫(Environmental Stress)是指环境对生物体所处的生存状态产生的压力，环境胁迫的主要形式为温度、干旱、盐胁迫等。在盐胁迫等逆境条件下，植物往往发生细胞膜脂的过氧化作用，丙二醛是其产物之一，通常利用它作为膜质过氧化指标，反映植物细胞膜脂过氧化程度的强弱。与此同时，植物体内常有游离脯氨酸的积累，其积累量往往与逆境伤害的程度相关。此外盐胁迫下，植物体过氧化氢酶(CAT)等活性都会受到抑制。

一氧化氮NO(Nitric Oxide，NO)是一种广泛存在于生物体内的水溶性和脂溶性小分子物质。NO作为一种重要的信号分子，广泛参与植物各种生理过程的调节，尤其在植物应对逆境胁迫时发挥着重要的调节作用[3]。NO植物学的研究，特别是NO与植物环境胁迫间关系的研究就成为植物界研究的热点之一。硝普钠SNP(sodium nitroprusside, SNP) 是一种重要的NO 供体，Delle-donne等证明0.5 mmol/ L SNP 约能产生2.0μmol/ L的NO[3]。目前已有研究表明：外源NO能够明显提高盐胁迫等条件下植物组织中脯氨酸含量，增强细胞内SOD、CAT等一系列保护酶的活性，降低丙二醛的含量。适当浓度的NO 能够缓解逆境胁迫对植物的影响，提高植物对环境的适应能力。

2 实验教学流程

2.1 预习报告的书写与试剂的配置

学生在植物生物学理论课中学习了植物逆境生理的相关背景知识，以小组为单位，根据已有知识，查阅相关文献，自主设计实验，选择所需要的胁迫条件、胁迫浓度，各项生理指标测定方法等，书写预习报告。教师组织学生以小组为单位讨论实验方案的可行性，选择实验指标的原理、测定方法、注意事项等。测定过程要求每项处理材料的每个指标均设三次重复，详细记录实验过程中常见的问题及注意事项。

学生根据实验指导进行药品配制，列出操作流程图和注意事项表，如提取时的材料用量、环境要求，反应时间，测定波长，试验结果的单位换算等。本实验所用的试剂比较多，都是由学生自己配置完成，其中包括Hoagland营养液，磷酸缓冲液，硝普钠溶液，茚三酮和硫代巴比妥酸溶液等，一些试剂有特殊的配置要求，教师可进行适当的指导。在整个实验过程中，学生自主选择实验设备、胁迫条件、实验技术路线等，体现以学生为主体的教学理念，充分发挥学生的主观能动性和创造性。在教学过程中，教师要融入到学生中，与他们进行双向的交流，在方案设计、查阅资料等环节上予以指导，针对学生在实验中出现的问题和错误，采用提出疑问及提示等方法让学生动脑筋并运用所学的专业知识发现问题，解决问题[4]。

2.2 小麦幼苗的生长与处理

2.3 不同处理条件下小麦幼苗各项生理指标的测定

本实验中小麦的萌发、幼苗生长均在人工气候箱中培养；每组实验重复3次，处理期间每天更换处理液(处理液每皿60 mL)。取小麦幼苗叶子用于各项指标测定，每项指标测定3次。植物体内脯氨酸的含量用酸性茚三酮法测定；丙二醛的含量用硫代巴比妥酸法测定；过氧化氢酶活力通过H2O2含量的减少量测定，教师可根据学时适当调整实验方法[3-4]。初步完成实验设计后，教师组织同学进行小组讨论，与学生一起对实验方案的可行性进行论证。

2.3.1 脯氨酸含量测定

2.3.2 丙二醛含量的测定

2.3.3 过氧化氢酶的测定

精确称取小麦叶片0.2 g，剪碎放入预冷的研钵中，加入2～3 mL 4 ℃预冷的pH 7.0磷酸缓冲液和少量石英砂研磨成匀浆后，转入25 mL容量瓶中，4℃冰箱中静置10min，取上层澄清液4000 r/min 离心15 min，上清液即为过氧化氢酶粗提取液。将对照试管中的酶煮沸杀死，取干净的试管加入粗酶液0.2 mL和1.5 mL 缓冲液(pH=7.8)及1.0 mL的蒸馏水，25 ℃预热后，加入0.3 mL 0.1mol/L的过氧化氢，240nm下迅速测定吸光度，每隔1 min读数1次，共测4 min。测完后再用0.1 mol/L高锰酸钾标准溶液滴定剩余过氧化氢[6]。

2.4 实验数据的分析与结果

实验结果分析是实验课堂教学的关键环节，在植物生理实验中，很多实验方法和手段都存在各种各样的误差，影响了实验的最终结论。在实验结束后，组织学生讨论本次实验结果的准确性，分析失败原因，是提高实验教学效果的有效手段。

脯氨酸是植物体内一种重要的渗透调节物质和抗氧化物质。实验结果显示：100 mmol/ L NaCl单独处理时，小麦叶片中脯氨酸含量显著高于对照组，0.02-0.2 mmol/ L SNP能够不同程度的提高盐胁迫下，小麦幼苗叶片中脯氨酸的含量，其中0.06 mmol/ L SNP处理下的叶片中脯氨酸的含量最高，0.1 mmol/ L，0.2 mmol/ L SNP处理下的脯氨酸含量数值基本相同。结果表明，低浓度的SNP能够提高盐胁迫下小麦幼苗中的脯氨酸含量。

丙二醛是细胞膜脂过氧化的产物, 其含量的多少反映了膜脂过氧化的程度。实验结果显示：在无SNP 处理时, 100 mmol/ L NaCl 胁迫使小麦幼苗的丙二醛含量明显增加，但经不同浓度的SNP预处理后，MDA的含量呈显著下降趋势，尤其是浓度为0.2 mmol/ L的SNP预处理后MDA下降最明显。说明外源NO 可以缓解盐胁迫造成的小麦幼苗叶片的膜脂过氧化。

过氧化氢酶(CAT) 活性是反映植物对活性氧清除能力的重要指标。在NaCl胁迫下，植物活性氧不断增加，导致植物细胞膜过氧化而受损，进而影响植物的代谢功能。在盐胁迫条件下，随着外源 NO浓度的增高，叶片中CAT活性也呈上升趋势。

2.5 讨论

实验指标测定结束后，首先，给学生提出问题，动员学生查阅期刊数据库，学会思考研究问题。然后，组织学生讨论：为什么进行分组实验？实验设计对照、轻度、中度和重度四个实验处理是否合理?为什么选择测定这些生理指标? 这些指标测定结果反映了什么？实验结果与其他文献中的结果是否一致？将所列问题作为实验报告的讨论。整个实验及讨论过程在教师与学生之间的交互状态下进行，教师根据学生在实验及设计过程的不同阶段，及时指导实验及设计中的不足以及容易忽视的细节，鼓励学生独立思考、大胆创新并敢于质疑，帮助学生建立创新的思维方式和科学的研究方法[7]。

2.6 学生评价体系的建立

3 结束语

生命学院所开设的植物生物学实验中尚未涉及植物逆境生理方面的实验内容，本实验可作为综合性、设计性实验开设。整个试验训练过程当中，学生能够了解植物生理学的前沿知识，巩固课堂所学的植物生理试验基本操作，更进一步了解植物逆境生理机制，同时可以加深学生对逆境生理、自由基理论有更好的理解。学生综合运用植物学、植物生理学、生物化学等知识，通过实际动手操作，应用课堂书本所学的内容，加深对专业知识的理解，扩展本专业涉及到的其他相关领域知识，增强对本专业的学习兴趣。本实验综合植物学实验技术、植物生理学实验技术、生物化学实验技术、生物统计和数据分析技术，由学生自主查阅文献资料，设计实验步骤，处理数据、分析实验结果、撰写实验论文，为学生们提供一个全方位、多层面提高综合试验素养的平台。

[1]龚仁喜，孟小碧，秦钢年.创新型人才培养与实验教学改革的探索与实践[J].实验技术与管理，2006，23(7) ：157-161．

[2]肖爱萍. 综合性和设计性实验教学浅谈[J].中山大学学报论丛，2006，26(7) ：229-231．

[3]樊怀福，郭世荣，李娟，等.外源一氧化氮对盐胁迫下黄瓜幼苗生长和渗透调节物质含量的影响[J].生态学杂志，2007，26(12) ：2045- 2050.

[4]江月玲.植物生理学综合性实验的教学探讨与实践[J] .植物生理学通讯，2007，43(1) ：155-156．

[5]吴雪霞，朱月林，朱为民，等.外源一氧化氮对 NaCl 胁迫下番茄幼苗生理影响[J].中国农业科学，2006，39(3)：575-581.

[6]程丽萍，刘晋秀，胡青平.外源NO对盐胁迫下小麦幼苗叶片丙二醛、叶绿素及氧化酶的影响[J].麦类作物学报，2013，33(6)：1222-1225．

[7]任丽丽，吴涛，许卉.植物生理学实验教学改革初探[J]. 实验科学与技术，2010，8(5) ：99-100．

[8]陈刚，张彪 ，王忠，等.植物生理学实验课程体系的构建[J].实验科学与技术，2011，9(6) ：85- 89.

[9]张玉霞，杜晓艳，贾俊英，等.植物逆境生理的综合设计性实验方案的设计与实践[J].内蒙古民族大学学报，2013，28(4) ：446-449.

Exploration of Comprehensive Experiments in Plant Physiology Teaching

FAN Jia，WANG Yuhao，TAO Chengqiu，JIANG Chenyang，WANG Maolin，LIN Honghui

(Experimental Teaching Center of Biological Sciences, Sichuan University, Chengdu 610065，China)

In order to explore comprehensive experiment design to plant experiment teaching, response to demand for comprehensive talents of high quality in the 21st century, we set up the experiment“effects of exogenous nitric oxide in wheat seedlings under NaCl stress”. Novel experiment stimulates the enthusiasm of the students, exert students’ subjective initiative, effectively improve the quality of experimental teaching.

stress physiology; plant physiology; comprehensive experiment；exploration

2014-07-04；修改日期: 2014-08-04

四川大学2013年实验技术改革基金资助项目(2013—113)。

樊 佳(1988-)，女，硕士，助理实验师，主要从事生物化学实验与分子生物学实验的教辅工作。

G642.423;Q945

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.033