植物生物学实验

（植物生理学及植物组织培养技术实验部分）

杨明挚 杨柳

二零一一年三月

教学大纲 一、

目的及要求

植物生物学实验——植物生理学及植物组织培养技术实验部分是为生物专业和生物技术专业的学生开设的，为巩固植物生理学和植物组织培养技术的理论知识，使学生掌握一些基本的实验方法，将理论和实践以及相关实验技术紧密结合的一门综合系统性实验课程。

其中植物生理实验部分是植物生理学课程的重要组成部分，也是教学中理论联系实际的重要环节。学生通过植物生理学实验掌握植物生理学一些基本的实验方法，验证、巩固和加深对植物生理学基本理论的理解，培养严谨的科学态度和分析问题解决问题的能力。

植物组织培养实验部分也是植物细胞工程学课程的重要组成部分，学生通过实验掌握植物组织培养的基本原理和实验技能，培养严谨的科学态度和分析问题、解决问题的能力。实验内容紧密联系生产，如花卉产业、园林、农业、林业等方面的工厂育苗化生产技术（组培快繁技术、脱毒技术）和药物、香精香料等有用物质的生产（细胞悬浮培养技术）等。为以后从事植物生物技术方面的科研、工作和学习奠定一定的基础。 二、

内容

实验一 植物组织水势的测定（ 4 学时）

实验二 植物的溶液培养及植物根系对磷的动态吸收（8学时）

实验三 光合作用中关键酶活性的测定即：二磷酸核酮糖羧化酶-加氧酶的羧化活性的测定（4学时）

实验四 抗氧化酶系统的酶活性及MDA含量的分析（4学时） 实验五 花卉组培快繁和工厂化育苗技术（4学时） 三、

教学计划及学时数

Ⅰ基础生物学实验（二）——植物生理学部分 实验一 植物组织水势的测定（ 4 学时） Ⅱ生物系专业系统实验（二）——植物生理学部分

实验二 植物的溶液培养及植物根系对磷的动态吸收（8学时）

实验三 光合作用中关键酶活性的测定即：二磷酸核酮糖羧化酶-加氧酶的羧化活性的测定（4学时）

实验四 抗氧化酶系统的酶活性及MDA含量的分析（4学时） Ⅲ生物系专业系统实验（二）——植物组织培养技术实验部分

实验五 花卉组培快繁和工厂化育苗技术（4学时）

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Ⅰ基础生物学实验（二）——植物生理学部分

实验一 植物组织水势的测定（ 4 学时）

1.实验目的：

1.1学会用质壁分离法测定植物细胞渗透势的方法和用小液流法测定植物组织水势的方法； 1.2了解压力室法、热电偶湿度计法、冰点下降法测定组织水势的原理和方法。 2.实验要求：

掌握测定植物组织水势和植物细胞渗透势的方法和原理。 3.实验原理： 3.1渗透势：

渗透势是指因溶质溶解而使水的自由能降低（与纯水相比）的数值，降低的值与溶质的浓度成正比，纯水的水势最大（值定为零），当水中具有溶质，水势便降低，此时的水势称为渗透势，故是负值（渗透势的绝对值等于溶质的渗透压，渗透压为正值）。渗透势的单位以MPa表示，0.1兆帕（MPa）=106Pa =0.987大气压=1巴（bar）。 植物成熟的细胞都具有液泡，液泡中具有各种溶质，故具有一定的渗透势，液泡外面包裹着活的原生质，原生质外面有细胞壁包围，细胞壁可看作是一层透膜，活的原生质具有选择性，所以整个细胞类似一个渗透系统。 3.1.1质壁分离法：

当细胞放在一种渗透势比其细胞液渗透势低的溶液中时，细胞液中的水向外渗，液泡体积缩小，原生质的胞壁也跟着向内收缩，如水分继续外渗，液泡体积缩小，而胞壁弹性有限，不能继续收缩，原生质就和细胞壁脱离，这就是质壁分离现象。当细胞放在某一溶液中，细胞内外水分交换达到平衡，即处于渗透平衡状态，此时细胞内的压力势为零，那么细胞液的渗透势就等于该溶液的渗透势，该溶液浓度称为等渗浓度。

利用一系列梯度浓度的溶液，观察质壁分离现象时，细胞的等渗浓度将介于刚刚引起初始质壁分离现象时（即细胞只是角偶上与胞壁分离）的浓度和与其相邻的尚不能引起质壁分离浓度梯度之间的溶液浓度。代入公式ψл=－RTiC即可算出其渗透势。 3.1.2冰点下降法：

为了了解植物水分代谢的特征，常常需要测定植物个别器官的细胞液的渗透势，而此时就需要测定所研究器官压榨出的细胞渗透势，而质壁分离法只能了解个别器官的组织或细胞的渗透势，不能满足这个需要。而在能获得较多的汁液时，冰点下降法就能满足此需要。

据ψл=－RTiC公式， 1 克分子的非电解质溶液在 0 ℃式的渗透势是 ψл =－ RTiC=-1*0.082*273=-22.4 大气压。

物理学的研究结果告诉我们，溶液的冰点下降和它的浓度成正比， 1 克分子的任何非电解质的水溶液，它的冰点下降 1.86 ℃，因此一种溶液的冰点下降了 1.86 ℃时，它的渗透势是-22.4 个大气压，故只要我们知道任何一个溶液的冰点下降值Δ T ，就可以算出它的渗透势。 3.2水势：

水势是水的化学势，既是水中可用于作功或发生化学反应的能量度量。水总是从水势高的地方向水势低的地方移动，就象电流由高电位流向低电位一样。植物体细胞之间，组织之间，器官之间以及植物和环境之间的水分移动方向都由它们之间的水势差决定。

当细胞或组织放在溶液中时，如果植物的水势小于溶液的渗透势，即：ψ细 =ψπ+ ψρ＜ψπ（溶），则水溶液流向细胞中（即细胞吸水）。溶液浓度变大，反之，ψ细 =ψπ+ ψρ＞ψπ（溶）时，则细胞中水份流向溶液中（即细胞失水）。溶液浓度变小，若细胞的水势等于溶液的渗透势，即ψ细=ψπ+ψρ=ψπ（溶），则两者间水分没有净流动，即水分处于动态

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平衡，所以外界溶液浓度不变。此溶液的渗透势即等于植物的水势（ψ细=ψπ（溶））。 3.2.1小液流法：

小液流法即是依据溶液浓度不同其比重也不同的原理来找出植物组织处于水分平衡时的溶液浓度，然后根据公式ψπ=－RTiC计算出植物组织的水势。 3.2.2压力室法：

在正常情况下，因叶片蒸腾而使木质部的液流常处于负压。当叶片从植株上剪下时，叶柄木质部内的汁液由于木质部的负压而被吸入（被大气压入）内部。测定时把叶片放入压力室，而叶柄切口露在外面，通过高压瓶给压力室施加足够的压力，当叶柄木质部内的汁液逐渐被压回切口处时，所加的压力值约等于切取叶片前木质部的负压估计值，即为叶片水势的估计值。 3.2.3折射仪法：

利用折射仪测定溶液的折光率。折光率的大小与溶液的温度和浓度有关，当温度一定时溶液浓度升高，折射率变大；浓度降低，折射率变小；浓度不变，折射率亦不变。将待测植物放入系列浓度的外液中浸泡一定时间后测其折光率，从中找出浸泡前后折光率不变的溶液，其渗透势即为植物组织的水势。 3.2.4热电偶湿度计法：

在装有样品的密闭测定杯中，插入高灵敏度的热电偶湿度计，然后在热电偶环上滴加一定浓度的蔗糖溶液。当样品水势低于糖液水势时热电偶环上的糖液失水，使温度略有下降；反之，若样品水势高于糖液水势时热电偶环上的糖液得到水分，温度略有上升。这种微弱的温度变化可通过热电偶转变为电压变化，再换算成水势值。在实际测定时，选用接近样品水逝的几种蔗糖溶液测出输出电压，根据不同浓度糖液的水势值与输出电压的关系绘出直线图，找出输出电压为零时的水势值，此即样品的水势值。

测定植物水势的变化可作为诊断植物水分不足和确定合理灌溉时期的良好手段。

一、

质壁分离法测定植物细胞的渗透势

4.1仪器设备

移液管、青霉素小瓶、试管、硅胶塞、载玻片、盖玻片、镊子、解剖针、刀片、显微镜。 5.1试剂

5.1.1含有花青素的洋葱鳞茎的表皮细胞或蚕豆叶片等； 5.1.2 1 mol?L-1 蔗糖溶液。

6.1操作流程图：

蔗糖梯度溶液配制→植物组织细胞处理→制片观察→分析计算结果

7.1实验步骤：

7.1.1用1mol?L-1蔗糖溶液配制0.2 、0.3、0.35、0.4、0.5、0.6 mol?L-1的蔗糖溶液各10ml。各溶液分别装入具塞子试管中，按浓度梯度递减的次序排成一行，并在试管壁上注明浓度的标签。各浓度溶液分别吸取3ml分装在具塞子青霉素小瓶中，小瓶上同样标记好浓度标签。 7.1.2从带有花青素的洋葱鳞茎撕取外表皮，从高浓度开始，每隔一定的时间（5min）依次向浓度递减的蔗糖溶液中迅速浸入4~5片表皮（约1*1cm），使其完全浸入。.

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7.1.3在蔗糖溶液中浸泡15~25min左右，从0.6 mol?L开始依次取出表皮放在滴有同样浓度溶液的载波片上，盖上盖玻片，在显微镜下观察各种溶液中表皮细胞的质壁分离的情况，如果在两个相邻浓度的蔗糖溶液中，一个开始有质壁分离的现象（30%细胞在角隅上有初次质壁分离），而另一个没有，我们就可以初步确定细胞的渗透势与这两个溶液浓度平均值的渗透势相等。

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