植物实验原理与方法知识总结.pdf

植物抗旱生理指标的测定原理和方法主要内容1.植物的抗旱性及其生理机制（我国水资源状况及干旱对作物的影响，作物抗旱性的生理生化指标）2.植物抗旱性生理指标的测定（含水量，渗透调节物质，保护性物质）我国水资源现状我国是一个干旱缺水严重的国家淡水资源总量为28000 亿立方米，占全球水资源的6％，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2300 立方米，仅为世界平均水平的1／4、美国的1／ 5，在世界上名列 121 位，是全球13 个人均水资源最贫乏的国家之一我国水资源短缺的原因1.降雨量少全球每年平均降水量800mm，我国为630mm，比全球的平均数约少20%2.我国水资源的时空分布极不平衡全年降水的60% ～80% 集中在 6～ 9 月份，长江流域及其以南地区国土面积只占全国的36.4％，其水资源量占全国的81％；而淮河流域及其以北地区的国土面积占全国的63.6％，人口占45.3％，集中了我国重要的能源、化工等基地和全国 64.1％的耕地，其水资源量仅占全国水资源总量的19％ 3．季节性干旱发生极为频繁且较为严重我国南方湿润地区也往往会遇到比较严重的干旱，如长江中下游地区，1959 年为 “ 空梅 ” ， 1978 年“ 梅雨 ” 提前结束， 1994 年也几乎为 “ 空梅 ” ，结果都形成了特大旱灾。

干旱既具有季节性又具有随机性，总的来说， 华南多秋冬旱或冬春旱，个别年份有秋、冬、春连旱，夏旱很少；两广北部至长江中下游地区多为伏旱，春旱极少；淮河以北地区以春旱或春夏连旱居多，夏旱次之，个别年有春、夏、秋连旱；西南地区多冬、春旱，川西北地区多春、夏旱，川东地区多伏、秋旱，西北地区一般常年干旱4.河流径流量逐年变小20 世纪 80 年代以后我国北方许多河流下游径流量快速减少，如黄河下游多次发生断流，潮白河中下游的密云水库入库水量呈逐年减少趋势，从60～70 年代年平均来水量l2 亿 m3， 减少至 90 年代的 9 亿 m3，1999～ 2003 年年均来 水量仅为1.69 亿5.水污染更加剧水资源短缺全国90%的废、污水未经处理或虽处理未达标就直接排放11%的河流水质低于农田灌溉标准，75%的湖泊受到污染目前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，且有逐年加重的趋势6.水资源浪费严重全国工业万元产值用水量91m3，是发达国家的l0 倍以上，水的重复利用率仅为40％，而发达国家已达75％～ 85％；农业灌溉用水有效利用系数只有0.4 左右，而发达国家为0.7～0.8水资源状况严重制约着我国农业的发展。

我国每年用水总量为5000 亿 m3，农业用水占70% ，而农业用水中90％是灌溉用水预计到 2030 年人均水资源量将下降到1760m3，逼近国际公认的1700m3 的严重缺水警戒线我国每年缺水约为300～ 400 亿 m3，农田受旱面积约为1～3 亿 hm2，因缺水全国每年少生产粮食 700～800 亿 kg旱灾类型：土壤干旱、大气干旱和生理干旱土壤干旱：在长期无雨或少雨的情况下，土壤含水量少，土壤颗粒对水分的吸收力加大，植物根系难以从土壤中吸收到足够的水分来补偿蒸腾的消耗．造成植株体内水分收支失去平衡，从而影响生理活动的正常进行，植物生长受抑制，甚至枯死大气干旱：空气干燥、大气蒸发力强促使植物蒸腾过快，根系从土壤吸收的水分难以补偿，水分收支失衡而造成的危害生理干旱：是由于土壤环境条件不良，使根系的生理活动遇到障碍，导致植物体内水分失去平衡而发生的危害例如作物被淹根系缺氧不能正常吸收水分而发生萎蔫；盐碱地常因幼苗根系渗透压低于土境溶液而不能吸收水分干旱对农作物的影响1.自由基积累和膜脂过氧化干旱环境中，O2和 H2O2 大量产生，膜脂过氧化加剧，细胞膜的完整性被破坏抗旱性强的品种比抗旱性较弱的品种O2等活性氧产生速率低。

在严重渗透胁迫下细胞膜的伤害，植物体内活性氧产生和清除的平衡遭到破坏，从而使膜上的空隙变大，离子大量外泄，细胞代谢紊乱，严重时导致植株死亡活性氧 (AOS) 增加； AOS 包括 O2-， .OH ，H2O2 和 1O2在正常的代谢过程中，植物体内AOS 的产生和清除处于动态平衡2.生长受抑制：生长受抑制是作物对干旱最明显的生理效应水分胁迫对细胞分裂、分化和体积扩大都有明显的抑制作用不同时期土壤干旱对植株新叶出生、叶片扩展、分蘖能力、株高伸长、地上干物质积累、穗长等都有抑制作用3.物质代谢紊乱光合作用受阻：植株单株叶面积和叶面积系数减少；叶绿素降解加剧，含量降低；气孔关闭；内部生理生化机制受到影响等氮代谢紊乱：在干旱条件下植物会因硝酸积累过多而发生毒害作用，这是因为在干旱条件下，参与 NO3 — 同化的关键酶硝酸还原酶活性下降的缘故干旱导致水解酶活性增加，从而使蛋白质降解，可溶性氮含量增加呼吸作用发生改变：轻度干旱使作物叶、茎及整株呼吸速率升高，而后随着干旱程度的增加而逐渐降低旱作植株代谢差、衰老快气孔调节第一线防御系统：当空气湿度下降，保卫细胞及其附近表皮细胞直接向大气蒸发水分,引起气孔关闭此时叶子其他部位并未发生水分亏缺第二线防御系统:当叶子水势降至某一阈值时，引起气孔关闭,减少水分散失并有助于叶子水势恢复。

叶子水势增加，则气孔再次开放渗透调节渗透调节机理（脯蛋白，酰胺，游离氨基酸）1.渗透调节物质作为渗压剂，进行渗透调节；2.渗透调节物质可能作为溶剂，代替水参与生化反应；3.渗透调节物质在水分胁迫下与蛋白质疏水表面结合，将疏水表面转化成亲水表面，使更多的水分子结合在疏水区域，稳定疏水表面激素调节干旱时 ABA 的变化：逆境促进胞内ABA 水平升高，提高植物的抗性1）减少膜伤害（2）减少自由基对膜的破坏（3）促进渗透物质积累（4）减少水分丢失抗氧化防御系统（1）保护酶体系A、 超氧化物歧化酶（SOD）线粒体内膜呼吸链是植物体内产生超氧阴离子自由基的重要来源抗逆性强的植物在逆境下 SOD 活性降低幅度小或保持相对稳定，避免或减轻了活性氧引起的伤害B、过氧化物酶（POD ） ：H2O2 使卡尔文循环中的酶失活高等植物叶绿体内H2O2 的清除是由具有较高活性的抗坏血酸过氧化物E（Asb-POD ）经抗坏血酸循环分解来完成的C、过氧化氢酶（CAT ） ：主要存在于过氧化体中，负责过氧化体中H2O2 的清除2）抗氧化物质（非酶促体系）抗坏血酸（ AsA） 、还原型谷胱甘肽（GSH） 、维生素 E（ VE） 、类胡萝卜素（Car） 、巯基乙醇（ MSH ） 、甘露醇等。

AsA 可以还原O2-，清除 ·OH ，猝灭 1 O2 及歧化 H2O2 ，从而使植物体内的活性氧维持在较低范围内GSH 减轻脂质过氧化造成的损伤，亦可通过与AsA 相伴进行的循环过程非酶促地直接和活性氧发生反应干旱诱导蛋白：逆境条件下，作物总的蛋白质合成能力降低的同时，蛋白质合成类型发生了明显改变近年来，关于逆境条件下作物基因表达的研究表明，很多环境胁迫都可改变作物的基因表达，最终会合成特异的蛋白质，即逆境蛋白，提高对环境胁迫的忍耐程度增强耐脱水能力；作为一种调节蛋白而参与渗透调节；分子伴侣作用；保护细胞结构；制约离子吸收植物抗旱性生理指标的测定植物组织含水量及水势的测定反映植物水分状况的指标：绝对含水量，相对含水量，水势，渗透势一、实验目的1、掌握植物含水量的表示及测定方法；2、熟悉植物水势的测定原理及方法二、实验原理植物组织含水量的指标水势的测定方法1.液相平衡法 :小液流法、质壁分离法2.压力平衡法 :压力室法3.气相平衡法 :热电偶湿度计法、露点法等小液流法测定水势的原理1.水总是从水势高处流向低处2.当植物组织放在外界溶液中，如植物组织的水势小于溶液的渗透势，组织吸水，外界溶液变浓，比重变大；如植物组织水势大于溶液的渗透势，则反之；如二者相等，则外界溶液的比重不变。

三、实验材料：植物叶片或其他器官四、仪器和试剂：电子天平烘箱、剪刀、镊子、培养皿、信封、吸水纸、离心管、移液管、移液管、毛细滴管、解剖针、直径0.5cm 打孔器、白色硬纸片，1M 蔗糖溶液、甲烯蓝五、实验步骤（一） 植物含水量的测定1、取成熟植物叶片，剪成适当大小，迅速称量鲜重Wf（0.5~1g） 2、将植物材料浸入蒸馏水并置于4℃冰箱中数小时至恒重（因植物材料而异） 3、将材料从水中取出，用吸水纸迅速吸去材料表面水分，称取其饱和鲜重Wfs4、将上述材料放入一信封内，放入烘箱中，在105℃下杀青30min，然后将温度调到80℃烘至恒重5、称取材料干重Wd 二）植物组织水势的测定：1、用 1M 蔗糖母液配制一系列不同浓度的蔗糖溶液（0.05、0.1、 0.2、 0.3、0.4、0.5、0.6M ） 2、取 7 支试管编号，分别加入适量不同浓度的蔗糖溶液；同时取7 个青霉素瓶，编号后分别加入2ml 不同浓度的蔗糖溶液3、用打孔器在叶片打孔取叶圆片（避开中脉），随机取样，向每青霉素瓶放入相等数目（10~20 片）的叶圆片，加塞，放置30min，期间摇动数次到时间后，用大头针沾取少许甲烯蓝粉末加入青霉素瓶中，充分混匀。

4、用毛细滴管从试验组的各瓶中依次吸取液体少许，伸入对照组同样浓度溶液的中部，缓慢从毛细管尖端横向放出一滴蓝色溶液，轻轻取出滴管，观察蓝色液滴的移动方向六、结果与计算1、植物组织含水量及水分饱和亏自然含水量（WC ）=（Wf-Wd ）/Wf × 100% 相对含水量（RWC ）=（Wf-Wd ）/(Wfs-Wd) × 100% 水分饱和亏（WSD ）=1-RWC 2、植物组织水势等势点的渗透势即为叶片组织水势Ψw=-iCRT i： 解离系数， 蔗糖为 1； C： 溶液的摩尔浓度； R： 摩尔气体常数， R=0.0083 L·Mpa · mol-1 ·K-1 T： 热力学温度K， 即 273 + t， t 为实验温度， 单位为℃ (水势单位换算： 1 atm=1.013 bar=101 kPa，1 Mpa=10 bar) 渗透调节物质的测定一、实验目的：植物在水分胁迫下除去失水被动浓缩外，通过代谢活动提高细胞内溶质浓度、降低水势，也能从外界水分减少的介质中继续吸水，维持一定的膨压，因而使植物能进行正常的代谢活动和生长发育组织水势的变化主要是由于渗透势的变化脯氨酸通常是一种积累的调节物质一）可溶性总糖的测定1.实验原理：糖在硫酸的作用下生成糠醛，糠醛再与蒽酮作用，形成一种绿色的络合物，绿色的深浅与糖的含量有关。

方法简便但是没有专一性，对于绝大部分的碳水化合物都能与蒽酮反应，产生颜色2. 仪器药品；分光光度计、分析天平、研钵、恒温水浴锅、烧杯、容量瓶、三角烧瓶、大试管、移液管、漏斗、乙醚、草酸钠、饱和醋酸铅；葡萄糖标准溶液：称取已在80℃烘箱中烘至恒重的葡萄糖100mg，配制成500ml 溶液，即得每 ml 含糖为 200μg 的标准溶液蒽酮试剂：称取1g 经过纯化的蒽酮，溶解于1000ml稀硫酸中即得稀硫酸溶液由760ml 浓硫酸（比重1.84）稀释成1000ml 而成3.实验步骤1.可溶性糖的提取：称取重约5g 的新鲜植物叶子，放入烧杯中，再加蒸馏水30-40ml将烧杯放在水浴锅中加热，水浴半小时，冷却后1 滴 1 滴的加入饱和中性醋酸铅，以除去蛋白质，直至加入醋酸铅时不再形成白色沉淀为止然后将此混合物连同残渣一并洗入100ml容量瓶中，加水至刻度，充分振荡以干燥漏斗将滤液过滤至一干燥三角烧杯中，瓶中事先放有少量草酸钠粉末，以除去滤液中过量的醋酸铅，生成草酸铅沉淀，再进行过滤，所得的透明滤液即为可溶性糖提取液2.显色及比色：吸取上述糖提取液1ml，放入一干洁的试管中，加蒽酮试剂5ml 混合之，于 沸水浴中煮沸10 分钟，取出冷却，然后于分光光度计上进行测定，波长为625nm，测得吸光度。

3.绘制标准曲线取标准葡萄糖溶液将其稀释成一系列不同浓度的溶液，浓度分别为每ml 含糖 0、5、10、20。