植物生理学综合性实验开设探究

方玉梅 李树江 谭萍 田森

摘要 应对贵州省普通本科高校向应用型高校转型发展的需求，结合植物科学与技术专业的人才培养要求及植物生理学教学的要求，整合矿质营养生理学的验证性实验，改为开设综合性实验“植物溶液培养及生理缺素症的观察”。通过实施获得以下经验：结合植物科学与技术专业选择生长迅速、培养周期短的植物材料；采用溶液培养材料；分别采用不同的溶液进行培养处理，同时设计对照组和3个不同的营养液条件；选择具有代表性的3个指标进行测定；结合实验中出现的现象、问题、结果进行总结分析，探讨改进的方法；增强了学生的学习主观能动性，提高了学生分析问题和解决问题的能力，培养了学生的探索创新精神，为以后进行大学生科研项目及毕业论文的设计奠定一定的基础。

关键词 矿质营养生理；综合性实验；实验方案；效果分析

中图分类号 S-01文献标识码 A文章编号 0517-6611（2018）01-0232-02

Abstract In order to meet the needs of the transformation from ordinary undergraduate colleges in Guizhou to application-oriented colleges and universities， the requirements of plant science and technology specialty training and the requirements of plant physiology teaching，the confirmatory experiments of mineral nutrition physiology were integrated into a comprehensive experiment "plant solution culture and physiological deficiency syndrome observation". The following experience has been achieved through implementation： the selection of plant materials with rapid growth and short cultivation cycle should be combined with plant science and technology specialty；solution cultures were used；different solutions were used for culture， and the control group and three different nutrient solutions were designed；three representative indexes were selected for determination；summary analysis should combine the phenomena， problems and results in the experiment， and discuss the improved method；enhance the learning initiative of students， improve students' ability to analyze and solve problems， to cultivate the students′ innovative spirit， lay a foundation for the design of college students after graduation thesis and research projects.

Key words Mineral nutrition physiology；Comprehensive experiment；Experiment scheme；Effect analysis

植物生理學综合性实验是集植物生理学课程的综合知识或与其相关课程知识于一体的实验项目，其目的是培养学生的综合分析能力、实验动手能力、数据处理能力及查阅中外文资料的能力[1-2]。六盘水师范学院植物生理学课程是省级精品课程，是植物科学与技术专业必修的专业基础课，实验学时为36学时。2015年12月六盘水师范学院被省教育厅确定为贵州省普通本科高校向应用型高校转型发展的试点学校，根据《教育部、国家发展改革委、财政部关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》（教发〔2015〕7号）的要求，以培养学生的实验技能和综合素质为重点，准备改革植物生理学实验教学内容和实验项目，对原有实验项目进行整合和改进，降低原来验证性实验的比例，新增综合性实验项目。通过综合性实验项目的增设，充分锻炼了学生查阅文献资料、撰写实验方案、实验操作、实验数据处理和综合分析的能力。通过植物生理学实验系统的技能训练，逐步提高学生认识问题、分析问题、解决问题的能力，为今后从事与植物生产类相关的工作打好基础。实施以来，其在促进教学内容和方法的改进、学生操作技能和科研素质的提高方面取得了一定效果[3-4]。

1 实验方案的设计

1.1 植物材料的选择

植物生理学是植物生产类各专业的专业基础课，开设学期是大学二年级第1学期，学生仅学过相应的基础性课程，对专业课了解甚少，植物生理学是衔接基础和专业课重要的桥梁。在教学过程中结合植物生产中的相关知识进行植物生理学实验的讲解和实践，不仅可以增加学生对植物生产类专业的兴趣，也为植物栽培的专业课打下良好基础[5]。因此，在进行植物矿质营养生理实验教学中，由学生自主选择与本专业紧密结合的植物种类进行溶液培养，要求选择生长迅速、易栽培的植物种类，如蚕豆、番茄、小麦、玉米、辣椒等作为实验材料，这样可以在实践过程中培养学生对本专业的兴趣。

1.2 溶液培养液的选择

溶液培养是指在含有全部或部分营养元素的溶液中栽培植物的方法。通过溶液培养，可以观察植物生长过程中哪些是不可或缺的矿质营养元素；而且选择溶液培养进行植物的矿质营养生理的综合性实验，可以避免土壤里的各种复杂因素对实验结果的影响。通过观察植物生长发育是否受阻，在营养液中添加或去除某种或某些元素植物的生长状况是否发生改变，可以准确判断植物生长发育过程中不可缺少的矿质元素的种类和数量。近年来，生产上也已应用溶液培养进行无公害蔬菜的栽培生产。

将学生分成若干小组（每组4～5人），以组为单位，根据已掌握的理论知识进行相关文献的检索查阅，并进行实验方案的设计与撰写，自主选择培养植物材料的不同营养条件及各种营养溶液的浓度，对照为全培养。学生根据自己选择的植物种类，结合期刊数据库查阅文献资料的结果，设计出具体的营养条件，写出方案，让教师最后把关。通过这样的方式，可以让学生真正掌握溶液培养处理设计的整个过程、方法，包括实验方案的撰写。

1.3 植物生理指标的选择

形态特征观察（拍照比较叶色、根系形态），测量根、茎的长度，叶片数、叶面积，植物的鲜重和干重，计算含水量。给学生详细讲解选择指标的原因、测定方法、注意事项等，测定过程要求每个处理材料的每个指标均设3次重复，详细记录实验过程中常见的问题及注意事项。给学生详细讲解选择这些指标的原因，以及这些指标的测定方法及测定过程中的注意事项等。在整个实验过程中，要求学生对每个处理材料从培养到指标的测定均设3次重复，并详细记录实验过程中出现的现象、问题及注意事项。

1.4 实验方案的确定

通过选择不同的植物材料、不同的溶液培养处理程度、不同的测定指标，完成了整个实验方案的设计。每4～5个学生为1小组，要求每组学生选择一种植物材料，一种培养条件，分别设计3个不同的营养条件和全培养为对照，共4个不同的营养条件进行培养，均设3次重复。培养结束后，选择3个具有代表性的生理指标进行测定，每个实验指标的测定也设3次重复。

2 实验方案的实施

2.1 材料培养 植物矿质营养生理是植物生理学第2章内容[6-8]，在讲水分生理即开始培养植物材料，材料培养于光照培养箱，种子的消毒、萌发、培养时间、温度、光照强度等环境条件一致。

2.2 溶液培养与观察

学生通过预习实验指导，按照药品配制要求对实验中所需要的药品进行配制，并自己总结实验步骤，绘制出实验操作的流程图和实验操作中的注意事项表。实验所需要的试剂种类比较多，共涉及十几种培养液的配制，都是由学生自己配制完成，只是对其中一些有特殊配制要求的试剂（如FeSO4溶液），需要教师进行适当的指导。

于苗期进行不同的溶液培养处理，处理14 d后，对植物形态特征进行观察（拍照比较叶色、根系形态），并对植物进行生理指标测定。

2.3 实验指标的测定

学生需要熟练掌握所选择测定的实验指标内容，包括测定的原理、操作步骤、试验中的注意事项。根据撰写的实验方案进行各项生理指标的测定，如根、茎长度，叶面积的测量方法、含水量、干重的测定方法，并通过实验数据进行结果计算等。

3 结果分析

根据测定结果进行分析，如培养条件导致叶色的变化，培养条件导致株高的变化，培养条件导致的老叶和幼叶出现不同病症等，再将缺元素培养液培养的植株分为2组，一组仍然用缺元素培养液培养，另一组用完全培养液培养，一段时间后观察植株症状是否有减轻甚至消失。

4 讨论与总结

4.1 讨论

实验指标测定完成后，根据实验中出现的现象给学生提出问题，引导学生根据实验现象进行文献资料查询，让学生学会思考研究现象产生的原因。组织讨论课讨论交流不同缺素条件的处理方法、选择这些生理指标的原因，讨论这些指标测定方法的异同，讨论还可以选择哪些指标，讨论测定结果与理论的联系，并将讨论课所提出的问题及分析结果作为实验报告的讨论部分[9]。

4.2 总结

针对实验中的讨论问题进行总结，让学生真正掌握矿质营养生理的研究思路、方法，并对确定植物必需元素的研究方法，以及相对应的缺素症的诊断及必需元素的生理功能进行深入讲解。分析除了实验所选指标，还有哪些指标可以反映这些特性，加深學生对矿质营养生理学理论的理解，并进一步扩展研究范围，说明还可以进行哪些方面的研究，给学生列出矿质营养生理研究的方向，如矿质营养对光合特性的影响，矿质营养对植物营养生长、生殖生长的影响，蛋白质代谢等[10-11]方面，引导学生深入学习和研究的兴趣。

5 撰写实验报告

按照科研论文的格式进行实验报告的撰写，包括题目、中文摘要、关键词、前言、材料与方法、结果与分析、讨论与结论、参考文献[12]。

6 效果分析

自2016年实施植物矿质营养生理学的综合性实验以来，在整个实验实施过程中，学生通过查阅文献自己撰写出实验方案，设计不同的培养条件、实验步骤及测定的指标，并根据所撰写的实验方案自主选择实验仪器设备，体现了以学生为主体的教学理念。在这个过程中，充分发挥了学生的主观能动性和创造性，让学生积极参与到整个实验过程中。在整个实验教学过程中，教师积极参与，对实验过程中出现的问题与学生进行互动交流，在查阅文献资料、实验方案的设计等环节上对学生进行指导，针对学生在实验中出现的具体问题和操作错误，采用提出问题及提示等方法引导学生根据实验中出现的现象，通过查阅文献资料并结合所掌握的专业知识进行问题的分析，最终解决问题。通过学生自己动手实践，可以加深他们对专业理论知识的理解，并扩展到本专业涉及的其他相关领域的知识，增加了学生对本专业的学习兴趣。本实验综合了植物学实验、植物生理学实验、生物统计和数据分析等方面的理论知识和实验技能，以学生为主体，让学生自主进行文献资料查阅、实验步骤的设计、实验方案的撰写、实验数据的处理及实验结果的分析，最终撰写出完整的实验报告，为学生提供了一个全方位、多层次的综合实验技能提升平台，可以培养学生良好的科研素养。通过这个实验项目的开展，不仅可以提高学生的实验动手能力、综合分析问题和解决问题的能力，还可以加深学生对植物生理学矿质营养生理这章的理论知识的理解掌握，培养了学生的研究兴趣，为以后进行大学生科研项目和毕业论文设计奠定一定的基础。

参考文献

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