植物生理學綜合性實驗開設探究

方玉梅 李樹江 譚萍 田森

摘要 應對貴州省普通本科高校向應用型高校轉型發(fā)展的需求，結合植物科學與技術專業(yè)的人才培養(yǎng)要求及植物生理學教學的要求，整合礦質營養(yǎng)生理學的驗證性實驗，改為開設綜合性實驗“植物溶液培養(yǎng)及生理缺素癥的觀察”。通過實施獲得以下經驗：結合植物科學與技術專業(yè)選擇生長迅速、培養(yǎng)周期短的植物材料；采用溶液培養(yǎng)材料；分別采用不同的溶液進行培養(yǎng)處理，同時設計對照組和3個不同的營養(yǎng)液條件；選擇具有代表性的3個指標進行測定；結合實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象、問題、結果進行總結分析，探討改進的方法；增強了學生的學習主觀能動性，提高了學生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)了學生的探索創(chuàng)新精神，為以后進行大學生科研項目及畢業(yè)論文的設計奠定一定的基礎。

關鍵詞 礦質營養(yǎng)生理；綜合性實驗；實驗方案；效果分析

中圖分類號 S-01文獻標識碼 A文章編號 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

植物生理學綜合性實驗是集植物生理學課程的綜合知識或與其相關課程知識于一體的實驗項目，其目的是培養(yǎng)學生的綜合分析能力、實驗動手能力、數(shù)據(jù)處理能力及查閱中外文資料的能力[1-2]。六盤水師范學院植物生理學課程是省級精品課程，是植物科學與技術專業(yè)必修的專業(yè)基礎課，實驗學時為36學時。2015年12月六盤水師范學院被省教育廳確定為貴州省普通本科高校向應用型高校轉型發(fā)展的試點學校，根據(jù)《教育部、國家發(fā)展改革委、財政部關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》（教發(fā)〔2015〕7號）的要求，以培養(yǎng)學生的實驗技能和綜合素質為重點，準備改革植物生理學實驗教學內容和實驗項目，對原有實驗項目進行整合和改進，降低原來驗證性實驗的比例，新增綜合性實驗項目。通過綜合性實驗項目的增設，充分鍛煉了學生查閱文獻資料、撰寫實驗方案、實驗操作、實驗數(shù)據(jù)處理和綜合分析的能力。通過植物生理學實驗系統(tǒng)的技能訓練，逐步提高學生認識問題、分析問題、解決問題的能力，為今后從事與植物生產類相關的工作打好基礎。實施以來，其在促進教學內容和方法的改進、學生操作技能和科研素質的提高方面取得了一定效果[3-4]。

1 實驗方案的設計

1.1 植物材料的選擇

植物生理學是植物生產類各專業(yè)的專業(yè)基礎課，開設學期是大學二年級第1學期，學生僅學過相應的基礎性課程，對專業(yè)課了解甚少，植物生理學是銜接基礎和專業(yè)課重要的橋梁。在教學過程中結合植物生產中的相關知識進行植物生理學實驗的講解和實踐，不僅可以增加學生對植物生產類專業(yè)的興趣，也為植物栽培的專業(yè)課打下良好基礎[5]。因此，在進行植物礦質營養(yǎng)生理實驗教學中，由學生自主選擇與本專業(yè)緊密結合的植物種類進行溶液培養(yǎng)，要求選擇生長迅速、易栽培的植物種類，如蠶豆、番茄、小麥、玉米、辣椒等作為實驗材料，這樣可以在實踐過程中培養(yǎng)學生對本專業(yè)的興趣。

1.2 溶液培養(yǎng)液的選擇

溶液培養(yǎng)是指在含有全部或部分營養(yǎng)元素的溶液中栽培植物的方法。通過溶液培養(yǎng)，可以觀察植物生長過程中哪些是不可或缺的礦質營養(yǎng)元素；而且選擇溶液培養(yǎng)進行植物的礦質營養(yǎng)生理的綜合性實驗，可以避免土壤里的各種復雜因素對實驗結果的影響。通過觀察植物生長發(fā)育是否受阻，在營養(yǎng)液中添加或去除某種或某些元素植物的生長狀況是否發(fā)生改變，可以準確判斷植物生長發(fā)育過程中不可缺少的礦質元素的種類和數(shù)量。近年來，生產上也已應用溶液培養(yǎng)進行無公害蔬菜的栽培生產。

將學生分成若干小組（每組4～5人），以組為單位，根據(jù)已掌握的理論知識進行相關文獻的檢索查閱，并進行實驗方案的設計與撰寫，自主選擇培養(yǎng)植物材料的不同營養(yǎng)條件及各種營養(yǎng)溶液的濃度，對照為全培養(yǎng)。學生根據(jù)自己選擇的植物種類，結合期刊數(shù)據(jù)庫查閱文獻資料的結果，設計出具體的營養(yǎng)條件，寫出方案，讓教師最后把關。通過這樣的方式，可以讓學生真正掌握溶液培養(yǎng)處理設計的整個過程、方法，包括實驗方案的撰寫。

1.3 植物生理指標的選擇

形態(tài)特征觀察（拍照比較葉色、根系形態(tài)），測量根、莖的長度，葉片數(shù)、葉面積，植物的鮮重和干重，計算含水量。給學生詳細講解選擇指標的原因、測定方法、注意事項等，測定過程要求每個處理材料的每個指標均設3次重復，詳細記錄實驗過程中常見的問題及注意事項。給學生詳細講解選擇這些指標的原因，以及這些指標的測定方法及測定過程中的注意事項等。在整個實驗過程中，要求學生對每個處理材料從培養(yǎng)到指標的測定均設3次重復，并詳細記錄實驗過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象、問題及注意事項。

1.4 實驗方案的確定

通過選擇不同的植物材料、不同的溶液培養(yǎng)處理程度、不同的測定指標，完成了整個實驗方案的設計。每4～5個學生為1小組，要求每組學生選擇一種植物材料，一種培養(yǎng)條件，分別設計3個不同的營養(yǎng)條件和全培養(yǎng)為對照，共4個不同的營養(yǎng)條件進行培養(yǎng)，均設3次重復。培養(yǎng)結束后，選擇3個具有代表性的生理指標進行測定，每個實驗指標的測定也設3次重復。

2 實驗方案的實施

2.1 材料培養(yǎng) 植物礦質營養(yǎng)生理是植物生理學第2章內容[6-8]，在講水分生理即開始培養(yǎng)植物材料，材料培養(yǎng)于光照培養(yǎng)箱，種子的消毒、萌發(fā)、培養(yǎng)時間、溫度、光照強度等環(huán)境條件一致。

2.2 溶液培養(yǎng)與觀察

學生通過預習實驗指導，按照藥品配制要求對實驗中所需要的藥品進行配制，并自己總結實驗步驟，繪制出實驗操作的流程圖和實驗操作中的注意事項表。實驗所需要的試劑種類比較多，共涉及十幾種培養(yǎng)液的配制，都是由學生自己配制完成，只是對其中一些有特殊配制要求的試劑（如FeSO4溶液），需要教師進行適當?shù)闹笇А?/p>

于苗期進行不同的溶液培養(yǎng)處理，處理14 d后，對植物形態(tài)特征進行觀察（拍照比較葉色、根系形態(tài)），并對植物進行生理指標測定。

2.3 實驗指標的測定

學生需要熟練掌握所選擇測定的實驗指標內容，包括測定的原理、操作步驟、試驗中的注意事項。根據(jù)撰寫的實驗方案進行各項生理指標的測定，如根、莖長度，葉面積的測量方法、含水量、干重的測定方法，并通過實驗數(shù)據(jù)進行結果計算等。

3 結果分析

根據(jù)測定結果進行分析，如培養(yǎng)條件導致葉色的變化，培養(yǎng)條件導致株高的變化，培養(yǎng)條件導致的老葉和幼葉出現(xiàn)不同病癥等，再將缺元素培養(yǎng)液培養(yǎng)的植株分為2組，一組仍然用缺元素培養(yǎng)液培養(yǎng)，另一組用完全培養(yǎng)液培養(yǎng)，一段時間后觀察植株癥狀是否有減輕甚至消失。

4 討論與總結

4.1 討論

實驗指標測定完成后，根據(jù)實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象給學生提出問題，引導學生根據(jù)實驗現(xiàn)象進行文獻資料查詢，讓學生學會思考研究現(xiàn)象產生的原因。組織討論課討論交流不同缺素條件的處理方法、選擇這些生理指標的原因，討論這些指標測定方法的異同，討論還可以選擇哪些指標，討論測定結果與理論的聯(lián)系，并將討論課所提出的問題及分析結果作為實驗報告的討論部分[9]。

4.2 總結

針對實驗中的討論問題進行總結，讓學生真正掌握礦質營養(yǎng)生理的研究思路、方法，并對確定植物必需元素的研究方法，以及相對應的缺素癥的診斷及必需元素的生理功能進行深入講解。分析除了實驗所選指標，還有哪些指標可以反映這些特性，加深學生對礦質營養(yǎng)生理學理論的理解，并進一步擴展研究范圍，說明還可以進行哪些方面的研究，給學生列出礦質營養(yǎng)生理研究的方向，如礦質營養(yǎng)對光合特性的影響，礦質營養(yǎng)對植物營養(yǎng)生長、生殖生長的影響，蛋白質代謝等[10-11]方面，引導學生深入學習和研究的興趣。

5 撰寫實驗報告

按照科研論文的格式進行實驗報告的撰寫，包括題目、中文摘要、關鍵詞、前言、材料與方法、結果與分析、討論與結論、參考文獻[12]。

6 效果分析

自2016年實施植物礦質營養(yǎng)生理學的綜合性實驗以來，在整個實驗實施過程中，學生通過查閱文獻自己撰寫出實驗方案，設計不同的培養(yǎng)條件、實驗步驟及測定的指標，并根據(jù)所撰寫的實驗方案自主選擇實驗儀器設備，體現(xiàn)了以學生為主體的教學理念。在這個過程中，充分發(fā)揮了學生的主觀能動性和創(chuàng)造性，讓學生積極參與到整個實驗過程中。在整個實驗教學過程中，教師積極參與，對實驗過程中出現(xiàn)的問題與學生進行互動交流，在查閱文獻資料、實驗方案的設計等環(huán)節(jié)上對學生進行指導，針對學生在實驗中出現(xiàn)的具體問題和操作錯誤，采用提出問題及提示等方法引導學生根據(jù)實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象，通過查閱文獻資料并結合所掌握的專業(yè)知識進行問題的分析，最終解決問題。通過學生自己動手實踐，可以加深他們對專業(yè)理論知識的理解，并擴展到本專業(yè)涉及的其他相關領域的知識，增加了學生對本專業(yè)的學習興趣。本實驗綜合了植物學實驗、植物生理學實驗、生物統(tǒng)計和數(shù)據(jù)分析等方面的理論知識和實驗技能，以學生為主體，讓學生自主進行文獻資料查閱、實驗步驟的設計、實驗方案的撰寫、實驗數(shù)據(jù)的處理及實驗結果的分析，最終撰寫出完整的實驗報告，為學生提供了一個全方位、多層次的綜合實驗技能提升平臺，可以培養(yǎng)學生良好的科研素養(yǎng)。通過這個實驗項目的開展，不僅可以提高學生的實驗動手能力、綜合分析問題和解決問題的能力，還可以加深學生對植物生理學礦質營養(yǎng)生理這章的理論知識的理解掌握，培養(yǎng)了學生的研究興趣，為以后進行大學生科研項目和畢業(yè)論文設計奠定一定的基礎。

參考文獻

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