碗莲在“植物生长需要矿质营养”实验中的应用*

王小平（南京晓庄学院食品科学学院 江苏南京 211171）

植物生长需要充足的阳光和适宜的水分，以及一定量的N、P、K、Ca、Mg、S 等元素，这些元素是植物生长、发育等生命活动不可缺少的重要物质［1-2］。在高中生物学教材中（必修1），为了帮助学生对这部分知识的理解和掌握，安排了实验或设计实验等内容［3-4］。

水培法因可避免土壤、砂石等基质带来的复杂因素影响，又能观察到这些元素对植物生长的作用，是教材推荐的主要方法。有些教材还推荐小麦、玉米等陆生植物作为实验材料［3-4］。由于陆生植物最适宜的生活环境是陆地，如果改为水培可能会对这些植物生长产生影响。

碗莲（Nelumbo nuciferavar.）作为水生植物，具有体型小、易培养、生长快、材料易得、有观赏性和实验结果易观察等特点，是水培的好材料。本文介绍应用水生植物碗莲，采用元素缺乏症法进行矿质营养实验的具体步骤和实验现象。

1 实验材料和方法

1.1 实验材料、试剂及器具 碗莲种子；蒸馏水、Ca（NO3）2、KNO3、MgSO4·7H2O、KH2PO4、NaH2PO4、NaNO3、MgCl2、Na2SO4、CaCl2、KCl、Na2EDTA、FeSO4·7H2O、H3BO3、MnSO4、CuSO4·5H2O、ZnSO4·7H2O、H2MoO4、HCl、NaOH（均为分析纯）等；盆（3 L）、烧杯（2 L）、贮液瓶（1 L）、量筒、玻璃棒、滴管、移液管、洗耳球、pH 试纸、分析天平、记号笔等。

1.2 实验步骤

1）容器选择：选择大小一致、底部封闭的花盆（3 L 左右）作为水培容器，并在花盆外部用记号笔进行标记1～8 号，使用前进行清洗。

2）种子萌发：选取大小一致、颗粒饱满、开口的碗莲种子浸泡、萌发，待其芽长约10 cm 后，选择长度相似、长势一致的碗莲幼苗作为实验材料。

3）培养液配制：先配制贮备液［5］。例如，配制Ca（NO3）2贮备液1 L，用天平称取82.07 g 的Ca（NO3）2，放入2 L 烧杯中，再注入1 L 蒸馏水，并用玻璃棒搅匀后，倒入贴有标记的贮液瓶中备用。其他贮备液配制方法与其类似，需要的药品用量见表1。利用贮备液配制各种矿质元素缺乏的培养液［5］。例如，配制1 L 的缺N 培养液时，首先在大烧杯中注入蒸馏水900 mL，然后分别加入10 mL 的 MgSO4、KH2PO4、CaCl2、KCl贮备液和1 mL 的Fe-EDTA、微量元素贮备液，最后再加58 mL 蒸馏水；其他缺素培养液配制方法与其相似，所需贮备液见表2。将配制好的培养液分别装入贮液瓶中并做好标记备用。

表1 贮备液名称及药品用量

表2 元素缺乏培养液配制表

4）幼苗培养：在1～8 号花盆中分别倒入缺N、缺P、缺K、缺Ca、缺Mg、缺S、缺Fe 和元素完全的等体积培养液（1.5 L），并用稀盐酸和稀碱调节各培养液中的酸碱度，使pH=7。将选好的幼苗随机分配、种于盆中，每盆3 株，置于人工气候箱（25℃、4 000 lx）或光照较好的环境中培养（光∶暗时间为12∶12）；每个实验做3 个平行重复。在培养过程中，一般每7 d 换一次溶液。培养2～3 周后观察并记录实验结果。

2 实验结果

经过一段时间的培养，与在完全培养液中生长的植株相比，不同实验组别中的碗莲出现不同现象（表3）。不同元素缺失对植物影响是不同的［6］，例如缺N 植株老叶发黄，缺Mg 植株叶片呈失绿、有坏死斑，缺Ca 则植株幼叶变形等。说明不同矿质元素对植物生长所起的作用是不一样的。

表3 实验现象举例

3 讨论

3.1 实验材料的选取 碗莲虽有较多的品种，但每次实验要求用同一个品种作为实验材料，同时还要求选择植株大小、株高、质量、生长活力等尽可能相似的实验材料，随机分配、同一时间栽种在不同的培养液中；不同批次的实验可以选择不同碗莲品种。

3.2 实验过程注意事项 培养碗莲时，要选择适合碗莲生长的光照强度、光照时间及温度等条件；在人工气候箱中培养，可将光照调到4 000 lx、温度设在25℃左右、光照时间12 h／d；在实验室中培养，则可以选择春末、夏天或初秋，在光照较好的环境中进行。此外，如果想经短时间培养后就能观察到实验结果，则在植株放入各培养液时去除残留的种子，这样使植株利用外源物质进行生长，短期内就能看到实验现象；如果培养时间长，则可以保留残留的种子。

3.3 实验延续和拓展

1）缺素植株症状的缓解。在每次实验中，针对缺乏矿质元素的可多做些植株；在培养过程中，一旦观察到有明显的实验现象时，可随机取出几株用蒸馏水冲洗干净后，移栽到完全培养液中，其他仍留在原溶液中培养。一段时间后，再将其分别与原缺乏矿质元素的植株和一直在完全培养液中的植株进行对比观察。

2）增加其他项目的测定。除观察到缺失元素产生的症状外，还可以进行生长的长度、植株鲜重、干重、叶片中叶绿素含量、根的长度、根的数量、根系活力等指标的测定，这样可以从多方进行比较，使实验设计更丰富，结论更准确。