植物生長發(fā)育有效積溫測定的實驗探究

侯東敏++朱萬龍

摘要：為了讓學生掌握植物生長發(fā)育各階段有效積溫測定的方法，進一步加深對溫度與植物關(guān)系的認識。詳細闡述了植物生長發(fā)育有效積溫測定的實驗過程：將大豆種子和玉米種子植入三角瓶中分別置于不同溫度下培養(yǎng)，觀察記錄種子的發(fā)育狀態(tài)和時間，由于在不同溫度下種子的發(fā)育狀態(tài)和時間不同，可根據(jù)觀察和記錄的結(jié)果計算其有效積溫。實驗原理和結(jié)果可為蔬菜和花卉等作物的大棚栽培和移植提供科學的理論依據(jù)，也可激發(fā)學生對生物學知識學習和應(yīng)用的興趣。

關(guān)鍵詞：有效積溫；植物；生長發(fā)育；溫度

中圖分類號：Q945

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）12014703

1引言

溫度是主要的環(huán)境因子之一，對動植物的生長發(fā)育起著十分重要的作用[1]。溫度與生物生長發(fā)育的關(guān)系，比較集中地反映在溫度對植物和變溫動物（特別是昆蟲）發(fā)育速率的影響上。植物在生長發(fā)育過程中，必須從環(huán)境中攝取一定的熱量才能完成某一階段的發(fā)育，而且植物各個發(fā)育階段所需的總熱量是一個常數(shù)，可表示為公式[1]：

NT=K（1）

式（1）中，N為發(fā)育歷期，即生長發(fā)育所需時間；T為發(fā)育期間的平均溫度；K為有效積溫。昆蟲和其他變溫動物也符合這一公式，但它們的發(fā)育都是從某一溫度開始，而不是從零度開始，生物開始發(fā)育的溫度稱為發(fā)育起點溫度。則上述公式可改寫為[1]：

N（T-C）=K（2）

式（2）中，C為發(fā)育起點溫度（生物學零度）。有效積溫K和生物學零度C的計算最簡單的方法：在兩種實驗溫度（T1和T2）下，分別觀察和記錄兩個相應(yīng)的發(fā)育時間（N1和N2）值。根據(jù)上面的公式：

因為 K1=N1（T1-C）

K2=N2（T2-C）

K1=K2

所以 C=（N2T2-N1T1）/（N2-N1）

將C代入有效積溫公式即可求出K。根據(jù)此原理，可以計算出不同植物的K值。

2材料和方法

2.1實驗器材及材料

實驗器材：光照培養(yǎng)箱、高壓滅菌鍋、三角瓶、紗布、鑷子、小燒杯等。

實驗材料：玉米種子、大豆種子，經(jīng)滅菌后的泥炭土。

2.2實驗步驟

（1）催芽。選取適量飽滿的種子在常溫下用濕紗布包裹好，溫水浸泡1 d，倒掉水，25 ℃恒溫培養(yǎng)，注意保持紗布濕潤、透氣，露出芝麻粒大小的芽，便可播種。

（2）播種。向三角瓶中加入適量滅過菌的泥炭土，用鑷子播深1～2 cm，將露芽的種子播種在三角瓶中，覆上一薄層泥炭土，澆透水，然后分別放入20 ℃和25 ℃光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)（圖1）。

（3）觀察記錄。每天定時觀察生長情況并注意補充澆水，第一片真葉充分展開后，記錄所用的天數(shù)和培養(yǎng)的溫度。

3實驗結(jié)果

每天觀察的原始數(shù)據(jù)記錄情況見表1和表2。實驗結(jié)果統(tǒng)計見表3。實驗計算結(jié)果見表4。

4討論

溫度是生命活動的基本條件之一。植物只有在一定的溫度范圍內(nèi)才能生長，在一般情況下，低于0 ℃時，高等植物不能生長；高于0 ℃時，隨著溫度的升高，生長逐漸加快，一直到20～30 ℃之間，生長最快；繼續(xù)增高溫度生長就會逐漸減緩，甚至停止生長[2]。因此，可以將植物生長的溫度劃分為植物生長的最低溫度、最適溫

度和最高溫度3個基本點[2]。植物生長的最適溫度，一般是指生長最快的溫度。但是，在這個溫度下由于生長過快物質(zhì)消耗太多，反而生長比較弱。植物在比最適溫度略低的條件下能生長健壯，這時的溫度稱為生長協(xié)調(diào)最適溫度[2]。植物在恒定溫度下的生長速度要比低溫條件下的慢，說明正常生長需要日溫較高和夜溫較低的周期性變化。這是由于較高溫度有利于植物進行光合作用，較低溫度有利于呼吸消耗，因而在光線充足的情況下，溫差大有利于提高產(chǎn)量。植物對晝夜溫度周期性變化的反映，稱為生長的溫周期現(xiàn)象[2]。在溫室栽培中，注意夜間降溫的作用，這是溫周期現(xiàn)象的實踐利用。

實驗中，大豆和玉米均表現(xiàn)為初期生長緩慢，是因為植株幼小，合成的物質(zhì)少；自真葉長出后，因為綠葉面積逐漸增大，光合作用隨之增強，從而能制造出大量的有機物質(zhì)，使干物質(zhì)急劇增加，生長加快[3，4]。就這一點而言在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中是可以利用的，由于植物生長是不可逆的，例如，如果要促進植株或者器官的生長，就必須在植株或者器官生長最快的時期到來之前，及時采取農(nóng)業(yè)措施，加以促進或者抑制，達到控制植株或者器官生長的目的。

通過本次研究性學習，學生自主完成了一項完整的實驗，總結(jié)如下。

（1）成功之處。對整個實驗的流程及操作方法掌握的比較清晰；掌握了植物生長發(fā)育各階段有效積溫測定的方法，并進一步加深了對溫度與植物關(guān)系的認識；在實驗的觀察、測量、記錄和整理數(shù)據(jù)的過程中，大家分工明確，責任分明，培養(yǎng)了團結(jié)協(xié)作的合作意識。

（2）不足之處。對實驗中涉及到的一些概念不是很清楚；小組組員輪流觀察和記錄，因此導(dǎo)致誤差增大。

（3）改進措施。選種的時候必須保證所選用的種子僅有芝麻粒大小的芽，播種時注意不要把芽和根種反；種子播種后，須保持土壤濕潤，但不要用水淹起來，以保證種子能夠良好生長；每天定時觀察植物生長狀況，觀察記錄的人員應(yīng)該固定，并認真做好相應(yīng)的觀察記錄，盡量減少觀察帶來的誤差；培養(yǎng)過程中要保持恒溫，盡量確保真葉在沒充分展開前不能斷掉；提高閱讀科研文獻的能力，擴展知識面；培養(yǎng)科學精神和合作意識。

參考文獻：

[1]

牛翠娟，婁安如，孫儒泳，等. 基礎(chǔ)生態(tài)學[M]. 2版. 北京：高等教育出版社，2007：6～33.

[2]姜漢橋，段昌群，楊樹華，等. 植物生態(tài)學[M]. 2版. 北京：高等教育出版社，2010：267～270.

[3]付必謙，張峰，高瑞如. 生態(tài)學實驗原理與方法[M]. 北京：科學出版社， 2006：275～284.

[4]方炎明. 植物學[M]. 北京：中國林業(yè)出版社，2006：112～168.