植物生理学试验论文
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缺钾对玉米幼苗的影响
摘要：玉米是重要的粮食作物，玉米的生长离不开矿质元素。研究植物营养缺素可作为进行植物形态诊断合理施肥的重要依据。为研究缺钾对玉米生长的影响，本实验以丹玉39
玉米品种为材料，在苗期对其进行缺钾处理。通过根冠比、叶片叶绿素含量、幼苗生长速度、地上部和根鲜重等指标对玉米缺钾进行研究。结果表明：1.对照组与处理组的玉米株高具有明显的差异, 处理后第5天玉米幼苗长度开始出现差异，对照组株高大于处理组，处理组株高低于对照组5.2 cm，仅为对照组的76.04%；2.对照组与处理组间叶绿素含量出现显著差异,处理组为0.151%,对照组为0.196%；3.对照与处理组间根冠比出现显著差异，对照组为0.31，处理组为0.26；4.地上部和根鲜重出现显著差异，处理组的地上部鲜重为1.1 g，根鲜重为0.29 g，对照组的地上部鲜重为2.32 g，根鲜重为0.72 g.
关键词：玉米；钾；株高；叶绿素含量；根冠比
玉米是我国主要栽培物之一，是改善人民生活，出口外贸的重要物质之一，对发展农业、畜牧业具有十分重要的意义[1]。在选种优良的前提下，合理的水肥是保证玉米高产的重要措施之一。由于化学肥料过量施用，造成肥料浪费、土壤养分比例失调、水体富营养化、饮水安全等一系列问题[2]。湖南农业大学的吴月嫦和谢深喜[3]曾采用石蜡切片法测根的解剖结构来说明缺素对植物生长发育的影响。钾是玉米生长发育所必需的三大营养元素之一, 土壤缺钾, 直接妨碍玉米根系和茎叶的正常发育, 影响对水分和养分的吸
收及光合产物的合成和运输, 使玉米抗病、抗旱、抗寒、抗倒伏等各项生理机能降低, 影响玉米产量和品质的提高[4]。现己知有60 多种酶需要K+ 作为活化剂；K+ 还是细胞中构成渗透势的重要成分[5]。施用钾肥已逐渐成为农作物获得优质、高产的重要技术措施之一[6]。本试验以玉米幼苗为试验材料，旨在探讨缺钾对其生长发育及生理特性的影响。
1 材料和方法
1.1 材料
品种为丹玉39玉米种子（由河北农业大学生命院植物生理实验室提供）及其幼苗
其他：洗瓶、玻璃棒、漏斗架、剪刀、直尺、托盘、胶头滴管、电子天平、721E型可见分光光度计各一个，研钵一套，25 ml棕色容量瓶、漏斗、塑料盘各两个，蛭石、塑料盆、标签纸、滤纸、比色杯若干，完全营养液，缺钾营养液，95%的乙醇。
1.2 方法
1.2.1 播种
2011年4 月13日下午，每组选取6个花盆并标号，装适量蛭石后，每3盆放入一个塑料盘内，从丹玉39玉米品种的玉米籽粒中选取试验用种子，在每个塑料盆里种6粒，用自来水浸润，保持湿润，放于向阳的宿舍阳台上待其发芽。
用两周时间进行玉米发芽生长观测，期间保持盆内水分充足，每两天浇一次自来水。
1.2.2 选苗，移栽
4月27日下午，每组选取6个花盆并标号，装适量蛭石后，每3盆放入一个塑料盘内，每组选取长势一致的玉米幼苗，掐去部分根，栽于盆中（1株/盆），在两个塑料盘内分别加入完全营养液和缺钾营养液浸润，贴好标签（营养液类型，姓名，日期，玉米品种）。
1.2.3 营养液配置及幼苗的浇灌、转移
1.2.3.1 配制营养液
2011年4月27日在河北农业大学生命院植物生理实验室配置营养液，配置方法如下：
表1 大量元素及铁盐储备液配制
营养盐浓度(g/I) 营养盐浓度(g/I) Ca(NO3)·4H2O 236 CaCl2111 KNO3102 NaH2PO424 MgSO4·7H2O 98 NaNO3170 KH2PO427 Na2SO421
K2SO488 EDTA-Fe{
EDTA-NO27.45
FeSO4 5.57
微量元素储备液的配制：称取H
3BO
4
2.86g；MnCl
2
·4H
2
O 1.81g；CuSO
4
·5H
2
O 0.08g；
ZnSO
4·7H
2
O 0.22g；H
2
MoO
4
·H
2
O 0.09g；溶于1升蒸馏水中。
按下表格里的用量配置营养液，贴好标签（完全、缺钾；姓名；日期）
表2 贮备液配制
贮备液完全缺钾
Ca（NO3）20.5 0.5 KNO30.5 --
MgSO40.5 0.5
KH2PO40.5 --
NaH2PO4-- 0.5
NaNO3-- 0.5
EDTA-Fe 0.5 0.5
微量元素0.1 0.1
（每100ml培养液中各种贮备液的用量（ml），用蒸馏水配置）
注意事项：
a.试验用容器须洗干净以防污染。
b.配置缺氮营养液时先在容器中加入适量蒸馏水以防贮备液相互反应生成沉淀。
c.加入贮备液时适时搅拌，所用移液管要单液单用，避免交叉污染。
1.2.3.2 浇灌
将营养液倒入塑料盘内，通过蛭石吸引将营养液吸入塑料盆内供玉米幼苗的生长，适时浇灌使幼苗处于适合的湿润环境中。
1.2.3.3 转移
从5月5日开始，处理组玉米幼苗转移至装有缺钾营养液的水瓶中培养，每天早、中、晚、睡前分别搅拌营养液向其中补充氧气，完全组保持原来状态不动。
1.2.4 观察及测量结果
1.2.4.1 株高
每隔一天用直尺测量一次叶基高度（从茎部底端到最长叶的长度）；每隔一天测量直径，并注意记录玉米幼苗的叶片数。
1.2.4.2 缺钾症观察
4月27日在河北农业大学生命院植物生理实验室配置培养液后并浇灌，此后每隔一天观察一次，记录缺钾幼苗所表现的症状及出现症状的部位。
1.2.4.3 根冠比测定
5月11日下午，将玉米幼苗从盆中取出，每两人一组，每组取一株完全培养和一株缺钾培养玉米幼苗，用自来水洗净玉米幼苗上残留的蛭石，用滤纸吸干玉米幼苗上的水，分别测量地下部和地上部的长度。然后用剪刀从根茎分界的部位剪开，除去枯死的叶片，分别称量地上部和根的鲜重，计算玉米幼苗的根冠比。计算公式如下：
根冠比=根鲜重/地上部鲜重
1.2.4.4 叶绿素测定
取完全和缺钾的玉米幼苗差别明显的新鲜叶片（一般选取第二叶片）各0.2 g.
用剪刀将叶片剪碎分别放入研钵中，加入适量的95%的乙醇，研磨至匀浆。
取滤纸一张，放入漏斗中用95%乙醇湿润，将研磨的匀浆由玻璃棒引流至漏斗，滤入25 ml容量瓶中，用乙醇将研钵及玻璃棒冲洗数次，冲洗液全部倒入漏斗里。
用滴管吸取95%乙醇，一滴一滴将滤纸上的叶绿素提取液全部洗入容量瓶中。最后用95%乙醇定容至25 ml，摇匀。
把叶绿素提取液倒入光径1cm的比色杯内，用分光光度计分别在波长649、665 nm下测量其吸光值，以95%乙醇为空白对照。
按如下公式分别计算叶绿素a、b的浓度，相加即得总浓度：
OD
649=24.58C
a
+46.84C
b
OD
665
=83.81C
a
+23.10C
b
C
总
= C
a
+C
b
求得叶绿素浓度后再按下式计算叶片中叶绿素的百分含量：
叶绿素含量（鲜重%）=(C×25×10-3)/W ×100%
(W：样品鲜重（g），C：叶绿素（a，b）的浓度（mg/l），25：提取液的总体积，10-3：毫升转换成升)
注意事项：
a.研磨时，乙醇的量不能太多，否则冲洗时受限制；研磨时间不能太久，否则叶绿素破坏的太多，研磨在弱光下进行。
b.不能用水冲洗比色杯（叶绿素不溶于水），测定前把待测液倒入比色杯，否则放置时间太久，乙醇挥发，使浓度加大。
c.正确使用分光光度计。
2结果与分析
2.1 缺钾对玉米幼苗表现症状的影响
幼苗缺钾症状极为明显，植株矮小瘦弱，生长缓慢，地上茎叶与地下根系形成重量差小，根量极少，根细长,但根冠比较大。老叶叶脉失绿，有黄斑、呈斑块失绿,叶面不平整,少量叶片出现卷缩变褐、焦枯（如图2）。幼叶为黄绿色——黄色，叶边缘及叶尖干枯灼烧状为突出标志[7]。具体表现情况如下表：
表3 玉米幼苗的外观变化
时间缺钾玉米苗完全玉米苗
4月28日
4月30日
5月2日
5月4日
5月5日（移栽于水瓶）5月6日
5月7日
5月8日
5月9日第一片叶变黄
第二片叶尖端发黄干枯
第三片叶尖端，边缘发黄干枯，第
一片叶干枯，卷曲
三片叶均黄，依次严重
第三片叶开始微卷
第三片叶卷微卷
第三片叶卷曲加重
第三片叶卷曲加重
第一片叶干枯至死，第二、三片叶
尖黄且卷曲
正常
正常
正常
第一片叶尖端微黄
同上
同上
同上
最后一片叶略微卷曲
同上
2.2 缺钾对株高生长速度的影响
表4 玉米植株株高（cm）
日期 （月/日） 4.27
4.29
5.1
5.3
5.5
5.7
5.9
5.11
缺钾（株高
cm ） 13.2
14.6
16.5
18.5
21.0
21.5
22.0
24.3
完全(株高cm)
14.1
14.4
21.7
23.8
26.2
27.2
28.4
31.5
图1 缺钾处理后玉米株高随时间变化
由上图表可知：处理后第5天玉米幼苗长度开始出现差异，对照组株高明显大于处理组，处理组株高低于对照组5.2 cm ，仅为对照组的76.04%。从第11天开始对照组和处理组差异更显著，并且株高差异有扩大的趋势。
图2 完全（左） 缺钾（右）
2.3 缺钾对根冠比的影响
5 10 15 20 25
30 35 4.27
4.29
5.1
5.3
5.5
5.7
5.9
5.11
日期
缺钾（株高cm ） 完全(株高cm)
株高/cm
植株名称缺钾组完全组
地上部鲜重 1.1 g 2.32 g
地下部鲜重0.29 g 0.72 g
地下部长度8.5 cm 19.5 cm
地上部长度24.3 cm 31.5 cm
由表5可知：缺钾处理玉米的根系活力显著低于完全处理的。玉米根系是活跃的吸收器官和合成器官，根的生长情况和活力水平直接影响地上部的营养状况及产量水平[8]。由此可知缺钾处理的玉米根系生长发育很不理想，根系短，从而导致了根系活力的降低，影响玉米吸收营养物质的能力和正常的生长发育。
表6 根冠比表
项目名称缺钾组玉米苗完全组玉米苗
根冠比R/T 0.26 0.31
结果表明，缺钾组根冠比低于对照组，说明缺钾处理对植物根茎生长具有明显影响，且对根的发育有较大影响。
2.4 缺钾对叶绿素含量的影响
D649=24.58Ca+46.84Cb （1） D665=83.81Ca+23.10Cb （2）
解方程组（1）（2）并转换成mg/l单位得：
缺钾Ca=8.21 Cb=3.89 Wab=0.151%
完全 Ca=11.0 Cb=4.71 Wab=0.196%
表7 叶绿素含量测定表
处理吸光度(A) 色素浓度(Mg/L) 色素含量665 nm 649 nm a b a+b a+b
缺钾0.809 0.384 8.21 3.89 12.1 0.151% 从表7数据中可以看出:玉米缺钾组叶绿体含量低于完全对照组。
图3 处理组和对照组玉米幼苗的叶绿素含量
由图3可清晰看出:处理组玉米幼苗叶绿素含量低于对照组玉米幼苗叶绿素含量.
结论:由图表表明缺钾影响了植株体内叶绿素的合成，影响了植株有机物的合成和植株生长。
3 讨论
通过对玉米幼苗进行缺钾和完全营养液培养，系统地进行观察和研究。结果表明，玉米缺钾外部表现症状：地上部分，从株高的变化最明显，植株茎杆柔弱, 叶片失水,叶绿素减少,叶色变黄，生长缓慢，由于叶中部生长仍较快,所以整个叶子会形成杯状弯曲,或发生皱缩。钾也是易移动可被重复利用的元素,故缺素病症首先出现在下部老叶。地下部分根系的粗细、多少差异也较大，根系活力降低，光合能力减弱。若是缺少钾将抑制植物的生长，甚至最终使植物停止生长而死亡。因此，缺钾使玉米幼苗生长减弱，植株瘦弱，出现缺素症状，叶绿素含量显著降低。这是由于钾广泛参与了体内各种生理活动，使叶片形成得到正常供应。同时，由于缺钾影响了植物体内的新成代谢，叶绿素含量显著低于对照，陈力平、王正义[9]亦报道了类似的研究结果。钾虽不是细胞的组成成分，但却是很多酶的活化剂[10]。
玉米缺钾处理实验结果表明：本次实验比较成功，前人对钾的使用研究大都集中在钾对作物产量、品质及钾素的吸收上[11-14]。通过本次实验所获得的数据可知缺钾对玉米幼苗正常的生长发育有非常大的影响。玉米的正常生长发育需要钾元素的调节和参与，钾元素对玉米幼苗的外部形态，叶绿素形成，根系生长等各方面起着非常重要的作用。
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