实验报告 实验二 氮.磷.钾.铁元素对植物生长的影响

广州大学

实 验 报 告

实验项目 实验二 氮、磷、钾、铁元素对植物

生长的影响

学 院 专 业 班 级 姓 名 学 号

实验日期 2016年 月日- 2016年月日

指导教师

实验二、氮、磷、钾、铁元素对植物生长的影响 题目：氮、磷、钾、铁元素对绿豆幼苗生长的影响

摘要 本试验选用绿豆为材料，进行缺氮、缺磷、缺钾、缺铁的溶液培养，进行历时

将近一个月的组织培养，并定期观察和记录了绿豆在缺乏某种矿质元素的培养液中生长时的表现形状，比较了营养缺乏植株与正常植株之间的外部形态、株高根长、过氧化物酶活性、硝酸盐还原酶活性的差异，对氮、磷、钾、铁四种元素对绿豆幼苗生长的重要性进行了分析，从而了解这些矿质元素对植物生理作用的影响情况。

关键词 绿豆幼苗，缺素溶液培养，植物生长

目 录

1. 前言 ………………………………………………………………………………1 2. 实验材料 …………………………………………………………………………1 2．1 材料选择 ………………………………………………………………1 3. 实验方法 …………………………………………………………………………1 3．1材料处理方法 ……………………………………………………………1 3．2形态特征的拍摄和绿豆株高、根长的测定 ……………………………2 3．3硝酸还原酶活性的测定 ………………………………………………3 3. 4过氧化物酶活性(POD)的测定 ………………………………………………3 4. 实验结果和分析 …………………………………………………………………4 4.1氮、磷、钾、铁元素对绿豆幼苗外部形态的影响 …………………5 4.2氮、磷、钾、铁元素对绿豆幼苗幼苗株高和根长的影响 …………………5 4.6氮、磷、钾、铁元素对绿豆幼苗叶片硝酸还原酶活性的影响 ……………9 4.7氮、磷、钾、铁元素对绿豆幼苗叶片过氧化物酶活性的影响 ………9 5. 讨论 ………………………………………………………………………………10 6. 结论 ………………………………………………………………………………11 致谢 ……………………………………………………………………………………12 参考文献 …………………………………………………………………………

1前 言

绿豆（Lycopersicum esculentum Mill. ），果实用作蔬菜或水果，是我国种植面积较大的豆科植物之一。随着过加对外贸易的发展，绿豆也成为了对外贸易的重要产品之一，因此绿豆对发展农业具有十分重要的意义。为了提高绿豆的产量和品质，掌握绿豆植株生长发育对外界环境条件营养物质的需要是非常重要的。

生命的显著特点是活细胞能从周围环境中吸收物质并利用这些物质建造自己的躯体或用作能源，植物有机体所需要的元素就是植物的营养元素。植物体19种必需元素中，以氮、磷、钾、铁的作用最为重要。绿豆对营养有较高的需求，在各种营养都充足的情况下才能保证果实的产量和品质，缺少一种营养元素都会导致不良症状的出现。关于绿豆生长各时期所需要的营养和缺素症状已有大量的报导，但是多偏重于地上器官形态的研究。关于缺素造成生理上的变化和内部物质的变化则报道较少，即使有都仅限于某一元素缺乏的报道，为了深入而全面的掌握各主要元素对绿豆生长的影响，本文利用了人工培养液缺素培养方法，在系统观察比较缺素外部的形态特征的基础上，侧重对植株叶片的各种生理指标的测定和对比四种元素对植物生长的影响来补充和完善对绿豆缺乏这四种元素症状的认识。

2材料

2．1材料选择

选取健壮无病，约4-5cm 高（出现两片真叶），长势基本一致的绿豆幼苗。

3实验方法

3．1材料处理方法

挑选长势基本一致的绿豆幼苗移入装有不同培养液的培养缸中培养。每缸移入6株，每天补充蒸馏水，每两星期更换一次培养液。本实验采用5种处理，分别为完全

液、缺N 、缺P 、缺K 、缺Fe 。每种培养液都培养2缸绿豆以保证实验材料的充足。此次实验以完全液培养组为对照组。

各培养液组成如下表：

配制800毫升配培养液所需的原液ml 数

贮存液

完全液 缺N

Ca(NO3) 2 KH 2PO 4 MgSO 4*7H2O KC1 NaH 2PO 4 NaC1 CaCl 2 螯合铁 微量元素 蒸馏水

10 10 10 10 2 1

10 10 10 10 2 1

3．2形态特征（拍照）

绿豆幼苗进行溶液培养第14d 进行拍摄

3．3植株具体数据：（分别在溶液培养前和第14d 进行测定，每组处理的株高、根长测定2次，所得的数据取平均值作为测定结果。） 3.3.1植株株高、根长的测量。

直接用直尺测量

缺P 10 10 20 2 1

缺K 10 10 10 10 2 1

缺Fe 10 10 10 10 1

3．4 硝酸还原酶活性的测定（磺胺法） 3．4．1 提取待测溶液

将新鲜叶片水洗，用吸水纸吸干水分，剪碎，在天平上称取等量的叶片两份，每份0.5克，分别置于含有下列溶液的三角瓶或注射器中：

（1）0.1mol/L磷酸缓冲溶液5ml+蒸馏水5ml 。 （2）0.1mol/L磷酸缓冲溶液5ml+0.2mol/L KNO3 5ml。

然后将三角瓶置于真空干燥器中，接上真空泵抽气，放气后，叶片即沉于溶液中（如果没有真空瓶，也可以用20ml 注射器代替，将反应液及叶片一起倒入），静置（30分钟，放在黑暗柜子里）。 3．4．2 NO2-的测定

保温30分钟结束时，吸取反应溶液1ml 于一试管中，先加入磺胺试剂2ml ，后加入a-萘胺试剂2ml ，混合摇匀，静置30分钟，有粉红色出现即可比色测定（520nm 波长），记下光密度OD 值，从标准曲线上查得NO2－含量，然后计算酶活性，以每小时每克鲜重产生的NO2－表示之。 3．4．3 计算酶活性

测得样品光密度，代入以下公式1算出反应液的NO 2-含量；然后再按公式2计算硝酸还原酶的活性。

公 式

1 提取液中NO 2-含量（µg/mL）＝8.288⨯OD 520－0.03

2 硝酸还原酶活性（µg NO2-/gFW.h）＝（NO 2-含量⨯10）/（样品重⨯提取时间）

3.5 过氧化物酶活性(POD)的测定（比色法） 3.5.1制定待测溶液

0.5g绿豆幼苗根系加入适量磷酸缓冲液研磨匀浆 ，过滤，最后定容 为10ml, 均匀上清液待用。 3.5.2测量吸光度值

比色，测光密度值：调波长、调零，先往比色杯中加入2ml 的反应液，放进比色计，然后快速地加入1ml 的酶液，迅速混匀，立即开启秒表记录时间，于470 nm 处测定吸光度（OD ）值，先读第一个原始数据，然后每20秒读一次，共读5个数据。

3.5.3计算结果

以每分钟光密度变化值（ΔA470 / gFW min）表示过氧化物酶活性大小。 ∑(ODn+1 – ODn) ×稀释倍数 过氧化物酶活性= ———————————————— n×鲜重（g) ×反应时间（min)

也可以用每min OD值变化0.01作为1个过氧化物酶活性单位（U ）表示。

过氧化物酶活性（U/gFW·min ）= ΔA470×VT/W×VS ×0.01×t 式中：

ΔA470——反应时间内OD 变化值。 VT ——提取酶液总体积（mL ）。 W ——植物鲜重（g ）。

Vs ——测定时取用酶液体积（mL ）。 t ——反应时间（min ）。

4实验结果和分析

4.1形态特征（拍摄）

水培14d 后，对各实验组绿豆幼苗的生长状况进行拍照记录，并进行对比。 4.1.1形态照片

4.1.2 结果分析

从相片可以看到完全液培养的植株生长最好，植株的颜色和叶片生长情况都较好。实验组生长情况为：缺N>缺P>缺K>缺Fe 。从形态上看，缺氮的绿豆幼苗生长情况与完全液的差别不大，只是叶片颜色不比完全液的绿，植株茎秆直挺，株高与完全液的相比偏低，有几片叶子发黄有黄斑，根比完全液的要短；缺磷和缺钾的植株明显比完全液的要矮小，且缺磷的植株叶片颜色暗绿，叶尖、叶缘失绿呈紫红色，后叶端枯死或变成暗紫褐色，说明了叶绿素合成受阻，其根比完全液的短；缺钾植株生长矮小，叶色淡绿且带绿色条纹，下部叶片的叶尖、叶缘呈黄色或似火红焦枯，根部发育正常； 缺铁植株幼叶脉间失绿呈条纹状，中、下部为黄绿色条纹，老叶绿色，株高和根长与完全液的相差不大。

4.2氮、磷、钾、铁元素对绿豆幼苗幼苗株高和根长的影响 4.2.1 实验结果

实验原始数据

表1 氮、磷、钾、铁元素对绿豆幼苗株高和根长的影响

种植天数：28d

处理

株高/cm

完全液 缺铁 缺磷 缺钾 缺氮

41.9 41.3 35.8 35 37.8

占对照％ 100.00 98.57 85.44 83.53 90.21

根长/cm 17 16.9 16.5 17 16

占对照％ 100.00 99.41 97.06 100.00 94.11

图1 氮、磷、钾、铁元素对绿豆幼苗株高的影响

图2 氮、磷、钾、铁元素对绿豆幼苗根长的影响

4.2.2 结果分析

从表1，图1和图2看，株高从大到小依次为完全液＞缺铁＞缺氮＞缺磷＞缺钾，根长从大到小依次为完全液＞缺钾＞缺铁＞缺磷＞缺氮。植物生长发育过程中，各种营养元素执行一定的生理功能，当植物长期缺少某种元素时，则相应地要在形态结构与生理功能等方面发生反应，产生症状。对高等植物而言，有十四个矿物必需元素 （氮、磷、钾、硫、镁、钙、铜、锌、硼、锰、钼、氯、铁与镍） 已经确立，但是氯与镍仅限于一些植物品种。当植物缺乏必需元素时，植物无法完成其生命循环；又由于元素在植物体内之功用无法由别的元素取代，因此，常会有特定之征候出现；无机营养过多时，也常有特定之征候出现。这些现象一般通称为营养障碍。营养障碍的发生可分为三个阶段，首先是植物体内之生物化学反应发生改变，其次是微细构造发生变化，最终则外表出现征候。

一个元素缺乏，可能也表示另外一个元素的过多，因此，无法毫不保留的说其效应是由于缺乏而非过多。通常在一环境中发生一元素缺乏时，起初受影响的生长效应是最典型且当做与其它元素的缺乏症区别的依据。与完全培养液的植株相比，以上4种元素影响植株生长发育的原理分别是：

（1）氮：氮是蛋白质、核酸、磷脂的主要成分，而这三者又是原生质、细胞核和生物膜的重要组成部分，它们在生命活动中占有特殊作用。缺氮时，蛋白质、核酸、磷脂等物质的合成受阻，植物生长矮小，叶片小而薄，花果少且易脱落；缺氮还会影响叶绿素的合成，使枝叶变黄，叶片早衰甚至干枯，从而导致产量降低。

（2）磷：缺磷会影响细胞分裂，使分蘖分枝减少，幼芽、幼叶生长停滞，茎、根纤细，植株矮小，花果脱落，成熟延迟；缺磷时，蛋白质合成下降，糖的运输受阻，从而使营养器官中糖的含量相对提高，这有利于花青素的形成，故缺磷时叶子呈现不正常的暗绿色或紫红色，这是缺磷的病症。

（3）钾：钾对维持细胞膨压、促进酵素活化、促进光合产物之传输、促进蛋白质与脂肪之合成等生理过程具有重要的作用。故钾缺乏生长速率下降，植株矮小、叶片褐变。植株茎杆柔弱，易倒伏，抗旱、抗寒性降低，叶片失水，蛋白质、叶绿素破坏，叶色变黄而逐渐坏死。缺钾有时也会出现叶缘焦枯，生长缓慢的现象，由于叶中部生长仍较快，所以整个叶子会形成杯状弯曲，或发生皱缩。

（4）铁：与叶绿素的形成有关，是酵素的活化剂、细胞色素的组成分等。因此，铁缺乏也表现叶绿素无法合成，最明显的症状是幼芽幼叶缺绿发黄，甚至变为黄白色，而下部叶片仍为绿色。

4.6 氮、磷、钾、铁元素对绿豆幼苗叶片硝酸还原酶活性的影响

4.6.1 实验结果

表2氮、磷、钾、铁元素对绿豆幼苗叶片硝酸还原酶活性的影响

μmol NO2/gFWh -

处理

硝酸还原酶活性

完全液

缺铁

缺磷

缺钾

缺氮 129.087 10.90 6.093 35.93 0.458 种植天数：28d 占对照% 100.00 8.44 4.72 27.83 0.35

图3氮、磷、钾、铁元素对绿豆幼苗叶片硝酸还原酶活性的影响

4.6.2 结果分析

由表2和图3可以看出，缺素组织培养的植株的硝酸还原酶活性均较低，其中缺氮植株硝酸酶活性最低，氮被称为生命的元素，酶以及许多辅酶和辅基如NAD+、NADP+、FAD 等的构成也都有氮参与，氮还是某些植物激素如生长素和细胞分裂素、维生素如B1、B2、B6、PP 等的成分，它们对生命活动起重要的调节作用，所以氮的多寡会直接影响细胞的分裂和生长，所以由于缺氮，植株的硝酸还原酶活性大大降低；相比于其他3种缺素植株，缺钾植株的硝酸还原酶活性较高，缺氮对绿豆幼苗的硝酸还原酶活性影响最大，而缺钾对该酶活性影响不大。活性顺序为：完全＞缺钾>缺铁>缺磷>缺氮。缺氮的植株硝酸还原酶活性低，是因为植株中长期缺氮，因而硝酸还原酶的数量也就少，所以还原硝酸的能力也就下降。

4.7 氮、磷、钾、铁元素对绿豆幼苗叶片过氧化物酶活性的影响

4.7.1 实验结果

表3 氮、磷、钾、铁元素对绿豆幼苗叶片过氧化物酶活性的影响

△OD 470/min·g FW 处理

完全液

缺铁

缺磷 过氧化物酶活性 2.67×10 / 1.33×10 -3-3种植天数：28d 占对照% 100.00 / 49.81

缺钾

缺氮 1.107×10 2.67×10

-4-341.46 10

图4磷、钾、铁元素对绿豆幼苗叶片过氧化物酶活性的影响

4.9.2 结果分析

由表3和图4可知，可知过氧化物酶活性大小顺序为：完全液>缺磷>缺钾>缺氮。 铁元素是某些酶和许多传递电子蛋白的重要组成，因此缺铁对于过氧化物酶活性影响很大，但是，在植株培养过程中植株严重受损，以至于测量铁元素的相关数据无法测定。磷在能量代谢中起重要作用，故在ATP 等能量物质上间接影响过氧化物酶活性。

5讨论

本实验通过缺素培养的绿豆幼苗同完全培养液培养的幼苗进行对比，证明N 、P 、K 、Fe 都是绿豆幼苗生长过程中不可缺少的矿质元素。本实验通过研究氮、磷、钾、铁对绿豆幼苗发育的影响，了解这四种元素对植物生长的重要性，也学习了一些测定植物生长情况的方法，如测定株高根长、过氧化物酶活性、硝酸还原酶活性等。实验过程中需要去帮植物浇水和观察植物是否因为棉花太紧而死亡或者因为多雨时期而烂根，在实验过程中也有个别的植物因此死亡。从文献查阅可知：

（1）氮是构成蛋白质的主要成分。氮存在于核酸、磷脂、叶绿素、辅酶、植物激素（如吲哚乙酸、激动素等）和多种维生素（如B1，B2，B6，PP 等）中。由于氮作为组成植物体中许多基本结构物质的组分，对植物的生命活动有举足轻重的作用，故氮又称为生命元素。氮素在植物体内可以自由移动。缺氮时幼叶向老叶吸收氮素，老叶

出现缺绿病。严重的情况下老叶完全变黄枯死，但幼叶可较长时间保持绿色。

（2）磷与光合作用、呼吸作用和其他代谢过程有关，磷是核苷酸和膜脂的组成成分。磷存在于ATP ，ADP ，AMP 和焦磷酸（PPi ）中，在能量代谢中起重要作用。此外，植物细胞中的磷酸盐起到酸碱缓冲作用。没有磷，植物的全部代谢活动都不能进行。磷在老叶较少，而在幼叶、花和种子中较多。缺磷时首先表现在成熟的老叶。植株缺磷时，可能由于缺素培养前，其体内含有一定量的磷，所以溶液培养前期其长势是正常的。溶液培养后期其蛋白质合成受阻，影响细胞生长分裂，所以植株矮小；细胞叶绿素含量相对升高，叶色暗绿；缺磷时阻碍了糖分的运输，糖类转变为花色素苷，呈现为红色斑点。

（3）钾不参与植物体内重要有机物的组成。钾是光合作用、呼吸作用中许多重要酶的活化剂，钾也是淀粉和蛋白质合成所需要的酶的活化剂。钾在不同的水平上影响着光合作用。对细胞渗透势的调节起着关键的作用。缺钾严重影响地上部的生长，是因为钾离子是叶绿素合成途径相关酶的激活剂，可以激活叶绿素合成的相关酶，促进叶绿素的合成，以保证光合作用的进行。钾不仅能促进氮的吸收，而且能促进含氮化合物向蛋白质合成场所运输，促进氨基酸合成蛋白质和稳定蛋白质的结构，因而可以促进氮代谢，进而加速光和色素的形成。钾和氮、磷一样，在植物体内的移动性很强。在所有新生组织和新生的部分，都含有很多钾。缺钾时，植株变弱易倒伏，叶色变黄，叶子卷曲，逐渐坏死。

（4）植物从土壤中主要吸收氧化态的铁。土壤中有三价铁也有二价铁，一般认为二价铁是植物吸收的主要形式。因此，三价铁必须在输入细胞质之前在根的表面还原成二价铁。但对禾本科植物来说，三价铁的吸收是十分重要的。铁有二个重要功能：一是某些酶和许多传递电子蛋白的重要组成，二是调节叶绿体蛋白和叶绿素的合成。铁是氧化还原体系中的血红蛋白（细胞色素和细胞色素氧化酶）和铁硫蛋白的组分。还是许多重要氧化酶如过氧化物酶和过氧化氢酶的组分。铁又是固氮酶中铁蛋白和钼铁蛋白的金属成分，在生物固氮中起作用。铁虽然不是叶绿素的组成成分，但叶绿素生物合成中的一些酶需要二价铁的参与。铁对叶绿体蛋白如基粒中的结构蛋白的合成起重要作用。缺铁条件下，叶绿素合成受阻，至少部分是由于蛋白质合成削弱所致。 铁进入植物体后即处于固定状态，不易转移。所以缺铁植物的幼叶表现出明显的叶脉间缺绿。

（5）植物的矿质元素在植物体内起着不同的作用，概括来说起着4个方面的生理

作用：①细胞结构物质的组成成分；②植物生命活动的调节者，参与酶的活动；③起着电化学作用，即离子浓度的平衡、氧化还原、电子传递和电荷中和；④作为细胞信号转导的第二信使。各种必需的矿质元素都在植物体内起着一定的生理作用，一旦缺失植物会表现出相应的症状，我们可以根据植物缺素所表现出的症状来判断是缺少那一种元素从而做出相应的措施，以减低农业损失。

（6）由于实验中操作等各种因素影响，实验误差较大，但基本可以得出结论。通过本次实验，进一步证明了矿质元素在植物生长过程中的重要作用和它的必须性，没有它植物将不能正常完成它的生理成长过程。

6 结论

6.1. 氮、磷、钾、铁元素对绿豆幼苗的株高和根长的影响

植株都表现为矮小瘦弱，其中以缺钾的最为严重。而对于根长而言不同缺素培养其表现出的影响也不同，缺氮、缺磷培育的绿豆幼苗根长大大少于对照组，而缺铁培育的绿豆幼苗根长则与对照组相差不远，说明缺铁培养对幼苗根的生长影响不大，而缺氮或磷则会对幼苗根的生长不利。

6.4氮、磷、钾、铁元素对绿豆幼苗叶片硝酸还原酶活性的影响

缺氮对绿豆幼苗的硝酸还原酶活性影响最大，而缺钾对该酶活性较其他3种缺素活性影响较小。活性顺序为：完全＞缺钾>缺铁>缺磷>缺氮。缺氮的植株硝酸还原酶活性低，是因为植株中长期缺氮，硝酸还原酶合成所必需的元素供应严重不足，因而硝酸还原酶的合成数量少，所以还原硝酸的能力也就下降。

6.5氮、磷、钾、铁元素对绿豆幼苗叶片过氧化物酶活性的影响

氧化物酶活性大小顺序为：完全液>缺磷>缺钾>>缺氮，说明缺氮对过氧化物酶活性影响最大，最不利于绿豆幼苗的生长。而缺磷对过氧化物酶活性的影响较其他2种元素的小。缺铁、缺钾也产生了一定的影响，也不利于番茄幼苗的生长。铁元素是某些酶和许多传递电子蛋白的重要组成，因此缺铁对于过氧化物酶活性影响最大。磷在能量代谢中起重要作用，故在ATP 等能量物质上间接影响过氧化物酶活性。

致谢

在论文实验进行期间，得到本学院-----老师的悉心指导和帮助，以及本班同学

----------等同学的帮助，在此表示万分感谢。

参考文献

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