植物生理学实验.docx

1、植物生理学实验植物生理学实验内容提要本书是华东师范大学植物生理教研组主编的植物生理学实验指导的第二版，改为张志良主编。修订后的第二版删去一些简单的验证性内容，新增加“基本实验技术”部分。全书包括水分生理、矿质营养、光合作用、呼吸作用、物质代谢、植物激素、生长发育、植物与环境和基本实验技术9部分，共91个实验。内容涉及溶液培养、组织培养、吸收光谱分析、免疫测定、氧电极法、测压法、红外线CO2分析、凝胶柱层析、凝胶电泳以及酶的分离和纯化等技术，系作者们多年在教学和科研中经验的总结。各实验以原理、仪器药品、操作步骤、实验作业、参考文献顺序叙述。书后有缓冲溶液、酸碱指示剂、培养基成分、筛目孔径及实验室

2、常用的物理化学参数等附表17个，插图43幅。本书可作为高等院校和中等专业学校教材，也可供有关专业师生和科研人员参考。第一版前言1978年12月在北京植物生理学教材审稿会议上，我组受到会兄弟院校代表的委托，着手进行植物生理学实验指导的主编工作。许多兄弟院校给我们寄来了资料，北京大学、山东大学、南京大学、中山大学、云南大学、杭州大学、北京师大、东北师大、华南师院、北京师院、西南师院、辽宁师院、上海师院等积极承担了编写任务。在大家的共同努力下，于1979年9月完成初稿，分寄全国各高等师范院校、综合性大学以及部分农林院校和科研单位广泛征求意见。此后于1980年1月在教育部委托我校举办的全国高师植物生理

3、实验技术短训班上，由38个参加单位讨论草拟了实验编写大纲。本实验指导就是以这个编写大纲和高等师范院校植物生理学教学大纲（草案）中规定的实验内容为主要依据编写的。同时考虑到实验教材的适应性应比较广泛，类型应比较齐全，以满足不同的教学要求；既要有基本实验，也要有一定数量要求较高的和综合性的实验。因此，从初稿中选出有关的内容，经过修改，并补充了一些新的内容，共有实验95个，其中在目录内标有*号者，定为必做内容，标有号者，可在同一性质的内容中任选一个，为明了起见，将安排列成附表11，供大家参考。其余的内容可根据各校的具体条件选用。初稿中有些兄弟院校撰写的内容十分新颖，但由于教学时数和教学内容的限制，在

4、这本实验指导中未能列入，这是十分遗憾的事。本实验指导供高等师范院校使用，也可供综合性大学及其他有关高等院校教学参考。参加编写工作的同志有：张志良、沈曾佑、沈宗英、赵继芬、王隆华、胡天喜，以及前面提到的参加初稿编写的单位。全书由张志良同志负责修改校正，在编写过程中颜季琼教授多次参加讨论并热情指导。由于我们水平有限，实际经验不多，书中错误及不妥之处，热忱地希望同志们批评指正。编 者1980年7月于华东师大第二版前言植物生理学实验指导一书自1980年出版以来，作为高等院校的试用教材，为许多兄弟院校所采用，每年印行1万册。近年来植物生理学和其他学科一样有了很大的发展，教学实验的内容也更为丰富，新技术和

5、新方法也得到了应用，因此，原“指导”已不能完全适应新的形势，有必要进行全面修改。这次修改工作，广泛征求了意见，收到了许多宝贵的建议，使我们更加明确了修改的方向。有些兄弟院校还给我们寄来了稿件，使修改后的“指导”增添了不少新的内容。对大家的关心，我们表示十分感谢。由于各高等院校的类型和性质以及设备条件、教学时数等的不同，对植物生理学实验内容的繁简要求也就不同；有的学校已将植物生理学实验作为一门课，自成体系，不再从属于课堂教学，这就大大地加重了它的分量；学生的课外小组和毕业论文实践，也需要合适的指导书。变化中的这些新情况，都是这次修改中考虑的一些方面。在内容上删去了一些简单的、验证性的、效果不够理

6、想的实验；有些实验内容虽简单，但能说明问题，目前许多学校还选做的，这次仍保留，但改为示范，不必占用学生的实验时间；新增加的基本实验技术部分，是为了专业植物生理学大实验和学生进行毕业论文或科学研究时参考用。修订后的“指导”涉及植物生理学各章的内容，既有目前实验室常用的方法，又有较新的现代科学技术。将原有的水分生理、矿质营养、光合作用、呼吸作用、物质代谢、植物激素、生长发育和植物与环境8部分95次实验进行了调整和删减，增添了组织培养、免疫测定等内容。新增加的基本实验技术部分，则单独列出6个实验。全书分9部分，共91个实验，在各部分实验的划分和归属上，一定还有不少问题。如钙调素（calmodulin

7、）是一种Ca结合蛋白，Ca2+的浓度影响它的活性，从而调控一些酶的活性，但由目前的教学实际考虑，还是将它归入矿质营养中。在修改过程中得到颜季琼教授和沈曾佑副教授的热情指导，教研组其他同志的关怀。特别是张利华同志，为核实验证实验内容的可行性，以及缮写书稿和绘图等花费了许多精力和时间，在此一并致谢。最后，我们诚恳地希望采用本书作教材的学校教师和同学们，能及时提出存在的问题和批评意见，便于以后再补充修改。张志良于华东师范大学生物学系1987年11月一、水分生理实验1 植物组织含水量的测定原理植物组织的水量是植物生理状态的一个指标。如水果、蔬菜含水量的多少对其品质有影响，种子含水状况对安全贮藏更有重要

8、意义。利用水遇热蒸发水蒸汽的原理，可用加热烘干法来测定植物组织中的含水量。植物组织含水量的表示方法，常以鲜重或干重%表示，有时也以相对含水量%（或称饱和含水量%）表示，后者更能表明它的生理意义。仪器分析天平 干燥器烘箱（或红外灯） 称量瓶坩埚钳 吸水纸操作步骤1自然含水量(1)称量瓶的恒重：将洗净的两个称量瓶编号，放在105恒温烘箱中，烘2小时左右，用坩锅钳取出入干燥器中冷却至室温后，在分析天平上称重，再于烘箱中烘2小时，同样于干燥器中准却称重，如此重复2次（2次称重的误差不得超过0.002g），求得平均值为W1，将称量瓶放入干燥器中待用。(2)将待测植物材料（如叶子等）从植株上取下后迅速剪成

9、小块，装入已知重量的称量瓶中盖好，在分析天平上准确称取重量量，得瓶与鲜样品总量为W2，然后于105烘箱中干燥4梍6小时（注意要开称量瓶盖子）。取出称量瓶，待其温度降至60梍70后用坩锅钳将称量盖子盖上，放在干燥器中冷却至室温，再用分析天平称重，然后再放到烘箱中烘2小时，在干燥器中冷却至室温，再称重，这样重复几次，直至恒重为止。称得重量是瓶与干样品总重量为W3（注：亦可用红外灯照射代替恒温烘箱，使水分蒸发）。烘时注意防止植物材料焦化。如系幼嫩组织可先用100梍105杀死组织后，再在80下烘至恒重。(3)记录及计算样品鲜重Wf=W2W1样品干重Wd=W3W12相对含水量法（或称饱和含水量法）此法是

10、以植物组织的和含水量为基础来表示组织的含水状况，因为作为计算基础的组织饱和含水量有较好的重复性，而组织的鲜重、干重不太稳定（鲜重常随时间及处理条件而有变化，生长旺盛的幼叶子，常随时间而会显著增加，所以要进行时期含水量的对比就不恰当）。一般采用相对含水量表示组织的水分状况，比用自然含水量表示为好。(1)同1，先求得组织鲜重Wf，然后将样品浸入蒸馏水中数小时，使组织吸水达饱和状态（浸水时间因材料而定）。取出用吸水纸吸去表面的水分，立即放于已知重量的称量瓶中称重，再浸入蒸馏水中一段时间后取出吸干外面水分，再称重，直至与上次重量相等为止。此即为植物组织在吸水饱和时的重量，称饱和鲜重Wt。再如1法样品烘

11、干，求得组织干重Wd。WtWd即为饱和含水量(2)计算相对含水量%（组织含水量占饱和含水量的%）实验作业测定同一植物在不同生态环境下的相对含水量%。参考文献A耶尔马科夫等著，吴相钰译：1956。植物生物化学研究法，科学出版社，3132页。（华东师范大学沈宗英）实验2 植物组织水分饱和亏的测定原理根据生理意义可将植物组织内的水分状况用自然含水量、饱和含水量和临界含水量三种不同方式表示。1自然含水量：植物在自然生长状态下组织中的水分含量，称为自然含水量，或简单地称为植物的含水量。2饱和含水量：即植物组织吸收水分达饱和状态时的含水量。3临界含水量：当植物体内的水分减少到临近发生伤害的最低含水量水平，

12、低于这一水平时即引起植物伤害，组织中这一最低含水量即称为临界含水量。利用上述三种含水量的数值即可以计算出更能表明植物体内水分状况的另两种表示方法，即自然饱和亏和临界饱和亏。自然饱和亏是指植物组织的自然含水量与饱得含水量两值之差。常以差值占饱和含水量的百分数表示之，差值越大，表示植物体内水分亏缺越严重。临界饱和亏，是指植物的饱和含水量与临界含水量两值之差，常以该差值占饱和含水量的百分数表示之。此值越大，表示植物抗脱水能力越强。仪器分析天平 烘箱（或红外灯）干燥器 称量纸坩埚钳 吸水纸操作步骤1测定自然饱和亏按相对含水量法（参阅实验1）求得植物组织的自然鲜重(Wf)、干重(Wd)及饱和鲜重(Wt)

13、，即可按下式求出自然饱和亏。根据植物组织中相对含水量及自然饱和亏的定义，可知：自然饱和亏(%)=1相对含水量%注：相对含水量%求法见实验1，所以求得相对含水量%后，即可知其自然饱和亏(%)。2测定临界饱和亏将植物叶片约10片悬于室内，使其逐渐干燥5梍6小时，每隔1小时取下两片叶称量，再浸入水中，观察其能否恢复膨胀状态，直至取下的叶片称重后，浸入水中局部不能再恢复膨胀状态（即出现伤害）时为止。此时即可将这些剩下的叶片取来称其鲜重后，于100梍105烘箱中烘干，称得干重，此时鲜重与干重之差，即为该叶片组织的临界含水重量(Wc)。根据定义即可按下式求出临界饱和亏。瓶中称根据所测得的植物组织水分的自然

14、饱和亏及临界饱和亏，就可求出当时植物的需水程度。实验作业1比较不同植物在同一水分环境条件下（包括土壤湿度及空气湿度）在水分饱和亏及需水程度有什么差异。2比较同一植物在不同水分环境条件下的水分饱和亏及需水程度有什么差异。参考文献山东农学院等编：1980。植物生理实验指导，山东科学技术出版社，115120页。实验3 植物组织中自由水和束缚水含量的测定原理植物组织中的水分是由被胶粒所因着的束缚水及不被胶粒所固着的自由水两部分所组成。束缚水不蒸发和结冰，不能作为溶剂，也不被浴质夺取，所以当植物组织被浸入较浓的糖溶液中脱水，一定时间后仍未被夺取的水分作为束缚水，而被夺取的水分作为自由水。自由水的量可根据

15、所加糖液浓度的降低量来计算。再由植物组织的总含水量减去自由水量，即可求得束缚水量。植物体内自由水和束缚水含量及其比值常与植物的生长及抗性有密切关系。自由水较多时，代谢活动常较强，生长速度也较快，但抗性往往降低；而束缚水含量多时，则情况相反。所以自由水与束缚水含量是植物抗性生理的一个指标。仪器药品阿贝氏折射仪 分析天平烘箱 超级恒温水浴直径5mm钻孔器 干燥器滤纸称量瓶6570%(W/V)蔗糖溶液 吸滤管、移液管操作步骤1取称量瓶2个，洗净、烘干、称重后备用。2在田间选定待测作物，摘取在生长、部位、叶龄等较一致的叶片510片。3用直径5mm钻孔器，在叶子的半边钻下小圆片，每叶5片，放入1号称量瓶

16、中，盖紧。然后在叶子的另半边的对称位置上同样钻下5个小圆片，放入2号称量瓶，盖紧。41号称量瓶于105烘箱中烘干至恒重，以计算含水量%。52号称量瓶中分析天平上称重，求得梓品鲜重Wf。6用移涂管吸取5ml60%蔗糖溶液，加到2号称量瓶中，加盖后再在分析天平上称重，求得所加蔗糖溶液的重量B。小心摇动瓶中溶液，使与样品混合均匀，放在阴凉处4梍5小时，其间经常摇动。7在老师指导下，将折射仪与超级恒温水浴相边连，水浴温度调节到20。8用吸滤管（在玻管的一端塞上少许脱脂棉，另一端配上橡皮吸头）吸取2号瓶中上层透明的溶液少许，滴一滴在折射仪棱镜在毛玻璃上，旋紧棱镜，测定浸出液的含糖百分数B2。棱镜用蒸馏水

17、清洗后，再用同样方法测得原来蔗糖溶液的含糖百分数B1。9计算：按下式计算植物样品中自由水含量%。式中：为自由水含量%B为加入样品中蔗糖溶液的重量B1为原蔗糖溶液深度百分数B2为加样后糖溶液的浓度百分数Wf为植物样品鲜重公式(1)系根据如下关系求得：若A为样品中自由水重量加样后糖溶液中自由水量为(B+A)(1B2)原来糖溶液中自由水量为B(1B1)则样品中自由水量A=(B+A)(1B2)B(1B1)式(2)和式(1)完全相等。求得自由水含量%后，即可根据下式求出束缚水含量%。束缚水含量%=组织含水量%组织中自由水%实验作业1植物组织中的自由水与束缚水的生理作用有何不同？2束缚水含量何以与植物的抗

18、逆性有关？参考方献A耶尔马科夫等著，吴相钰译：1956。植物生物化学研究法，科学出版社，3637页。实验4 植物组织渗透势的测定（质壁分离法）原理当植物组织细胞内的汁液与其周围的某种溶液处于渗透平衡状态，植物细胞内的压力势为零时，细胞汁液的渗透势就等于该溶液的渗透势。该溶液的浓度称为等渗浓度。当用一系列梯度浓度溶液观察细胞质壁分离现象时，细胞的等渗浓度将介于刚刚引起初始质壁分离的浓度和尚不能引起质壁分离的浓度之间的溶液浓度。代入公式即可计算出其渗透势。仪器药品显微镜 载玻片及盖玻片镊子 刀片配成0.5梍0.1mol/L梯度浓度的蔗糖溶液各50ml。称34.23g蔗糖用蒸馏水配成100ml，其浓

19、度为1mole/L(母液)。再配制成下列各种浓度：0.50mol/L：吸母液25ml+水25ml0.45mol/L：吸母液22.5ml+水27.5ml0.40mol/L：吸母液20.0ml+水30.0ml0.35mol/L：吸母液17.5ml+水32.5ml0.30mol/L：吸母液15.0ml+水35.0ml0.25mol/L：吸母液12.5ml+水37.5ml0.20mol/L：吸母液10.0ml+水40.0ml0.15mol/L：吸母液7.5ml+水42.5ml0.10mol/L：吸母液5.0ml+水45.0ml操作步骤将带有色素的植物组织（叶子），一般选用有色素的洋葱鳞片的外表皮、紫鸭

20、跖草、苔藓、红甘蓝或黑藻、丝状藻等水生植物，也可用蚕豆、玉米、小麦等作物叶的表皮。撕取下表皮，迅速分别投入各种浓度的蔗糖溶液中，使其完全浸入，5梍10分钟后，从0.5mol/L开始依次取出表皮薄片放在滴有同样溶液的载玻片上，盖上盖玻片，于低倍显微镜下观察，如果所有细胞都产生质壁分离的现象，则取低浓度溶液中的制片作同样观察，并记录质壁分离的相对程度。实验中心须确定一个引起半数以上细胞原生质刚刚从细胞壁的角隅上分离的浓度，和不引起质壁分离的最高浓度。在找到上述浓度极限时，用新的溶液和新鲜的叶片重复进行几次，直至有把确定为止。在此条件下，细胞的渗透势与两个极限有溶液浓度之平均值的渗透势相等。将结果于

21、11页表中。测出引起质壁分离刚开始的蔗糖溶液最低浓度和不能引起质壁分离的最高浓度平均值之后，可按下列公式计算在常压下该组织细胞质液的渗透势。s=RTiCs为细胞渗透势。R为气体常数=0.083105LPa/molK。T为绝对温度，单位K，即273+t，t为实验温度。I为解离系数，蔗糖为1。C为等渗溶液的浓度，单位为mol/L。则s=0.083105(273+t)1C实验作业1复习细胞渗透作用的原理。2测定并计算不同植物组织的渗透势。参考文献1FH魏海姆等著，中国科学院植物研究所生理生化研究室译：1974。植物生理学实验，科学出版社，108111页。2Boyer, JS：1969Measurem

22、ent of The water Statusof Plants, AnnRevPlant Physiology，20：3513643Noggle, GRetal：1976Introductory Plant Physiology, PrenticeHall Inc, P4034064Victor, AG：1973Plant Function and Structure, The Macmillan Company, New YorkCollierMacmillan Publishers, london, P183192实验5 植物组织水势的测定（小液流法）原理水势表示水分的化学势，象电流之由

23、高电位处流向低电位处一样，水从水势高处流向低处。植物体细胞之间，组织之间以及植物体和环境间的水分移动方向都由水势差决定。当植物细胞或组织在外界溶液中时，如果植物的水势小于溶液的渗透势（溶质势），则组织吸水而使溶液浓度变大；反之，则植物细胞内水分外流而使溶液浓度变小；若植物组织的水势与溶液的渗透势相等，则二者水分保持动态平衡，所以外部溶液浓度不变，而溶液的渗透势即等于所测植物的水势。可以利用溶液的浓度不同其比重也不同的原理来测定试验前后溶液浓度的变化，然后根据公式计算渗透势。仪器药品试管 毛细滴管（图1）移液管 剪刀镊子 甲烯蓝操作步骤首先配制一系列不同浓度的蔗糖溶液(0.1、0.2、0.3、0

24、.4、0.5、0.6、0.7、0.8mol/L)各10ml，注入8支试管中，各管都加上塞子，并编号。按编号顺序在试管架上排成一列，作为对照组。另取8支试管，编好号，按顺序放在试管架上，作为试验组。然后由对照组的各试管中分别取溶液4ml移入相同编号的试验组试管中，再将各试管都加上塞子。用剪刀将菠菜叶剪成约0.5cm2大小相等的小块60梍80片。向试验组的每一试管中各加相等数目（约10片）的叶片小块，塞好塞子，放置30分钟，在这段时间内摇动数次，到时间后，向每一试管中各加甲烯蓝粉末少许，并振荡，此时溶液变成蓝色。用毛细滴管从试验组的各试管中依次吸取着色的液体少许，然后伸入对照组的的相同编号试管的流

25、体的中部，缓慢从毛细滴管尖端横向放出一滴蓝色试验溶液，并小液滴移动的方向。如果有色液滴向上移动，说明溶液从细胞液中吸出水分而被冲淡，比重比原来小了；如果有色液滴向下移动，则细胞从溶液中吸了水，溶液变浓，比重变大；如果液滴不动，则说明试验溶液的密度等于对照溶液，即植物组织的水势等于溶液的渗透势。记录液滴不动的试管中蔗糖溶液的浓度。重复测定一次。按w=RTiC计算水势。式中w为细胞水势，其余符号同实验4。注意：毛细滴管要各个浓度专用。实验作业1测定同一植物上部及下部叶片的水势有何差别？2用小液流法测定植物组织水势与有质壁分离法测定植物细胞渗透势都是以外界溶液的浓度算出的溶质势为根据，它们之间的区别

26、何在？参考文献斯卡兹金等著，北京农业大学植物生理教研组等译：1954。植物生理实验指导，高等教育出版社，136140页。实验6 蒸腾强度的测定（钴纸法）原理本实验方法系根据氯化钴纸在干燥时为蓝色，当吸收水分后变为粉红色，根据变色所需时间的长短，然后按钴纸标准吸水量计算出作物蒸腾强度。仪器药品扭力天平 烘箱干燥器 瓷盘镊子 剪刀玻璃板 载玻片薄橡皮 有塞指管滤纸 弹簧纸夹5%氯化钴溶液(9.2g CoCl26H2O用蒸馏水配成100ml)滴几滴盐酸调成弱酸性。操作步骤1氯化钴纸的制备选取优质滤纸，剪成0.8cm宽，20cm长的滤纸条，浸入5%氯化钴溶液中，待浸透后取出，用吸水纸吸去多余的溶液，将

27、其平铺在干洁的玻璃板上，然后置于60梍80烘箱中烘干，选取颜色均一的钴纸条，小心而精确地切成0.8cm的小方块，再行烘干，取出贮于有塞指管中，再放入氯化钙干燥器中备用。2钴纸标准化使用前，先将钴纸标准化。测出每钴纸小方块由蓝色转变成粉红色需吸收多少水量。取1梍2钴纸小方块，置于扭力天平上称重，并记下开始称重的时间，及每隔一分钟记一次重量，当钴纸蓝色全部变为粉红色时，要立即准确地记下重量和时间，如此重复数次，计算出钴纸小方块由蓝色变为粉红色时平均吸收多少水分，以mg表示，作为钴纸吸水量。3测定取二片玻片，薄橡皮一小块，在其中央开1cm2的小孔，用胶水将它固定在玻片当中，另准备一只弹簧夹。用镊子从

28、干燥器（管）中取出钴纸小块，放在玻片上的橡皮小孔中，立即置于待测作物叶子的背面(或正面)，将另一玻片在叶子的正面(或背面)的相应位置上，有夹子夹紧，同时记下时间，注意观察钴纸的颜色变化，待钴纸全部变为粉红色时，记下时间。以时间的长短作相对比较，可用钴纸小方块的标准吸水量或小纸块由蓝色变为粉红色所需的时间来计算，即为该叶片表面蒸腾的强度，用mg/cm2min表示之。本实验可选择不同作物的功能叶片，或同一作物的不同部位的叶片测其蒸腾强度，或者可测定作物在不同环境条件下的蒸腾强度。例如光和暗对植物蒸腾作用的影响，事先把一组盆栽的蚕豆、小麦或其他植物放在黑暗中过夜或几个小时，另一组放在光下，二者都要适

29、当灌水，分别测其蒸腾强度（注：黑暗中的植物在测定时可移到实验室柔和的光线下进行）。每一处理最少要测10次左右，然后求其平均值。实验作业1测定几种植物上表皮及下表皮的蒸腾强度。2测定在光照下和在黑暗中的植物的蒸腾强度，并解释其差别的原因。参考文献FH魏海姆等著，中国科学院植物研究所生理生化研究室译：1974。植物生理学实验，科学出版社，136140页。实验7 环境因子对植物吐水的影响（示范）原理植物在正常生长状况下，从叶的尖端边缘叶脉终止部位的水孔排出水滴，这种现象称为吐水，这是一种由根压产生的的生理现象。外界的环境条件，如温度、湿度、土壤溶液的水势，以及根系的损伤等都会影响到苗的吐水活动。仪器

30、药品玻璃钟罩 玻璃缸冰块 10%NaCL溶液三氯甲烷 食盐操作步骤1实验前一周在盆钵中种上小麦、玉米或旱金莲幼苗，或在铺纸或沙子的培养皿上培育幼苗。2将钟罩罩在有幼苗的盆钵上，由于植物蒸腾水分而使罩内空气湿度增加，蒸腾作用因而减弱，一定时间后植物即开始以吐水来排除多余的水分。观察幼苗吐水时，用脱脂棉或滤纸吸去植物幼苗上的水滴，注意水滴重新出现，并记下水滴形成的速度。重复2梍3次，算出平均速度。3低温对植物吐水的影响；在一较大玻璃缸（或脸盆）中放入冰水或冰块，并加适量的食盐使溶液的温度降得更低，将具有吐水现象的植物盆钵置于其中，用滤纸吸去幼苗上的水滴，罩上钟罩观察对吐水有什么影响，也可以用冰水直接烧灌进行观察。4降低土壤水势对吐水的影响：在栽有幼苗的盆钵中加