【課堂實作】礦物營養～植物需要哪些礦物質？Part I

對農夫來說，農作物長得不好，是最苦惱的問題了；現代的農夫，因為有生物科技當作靠山，所以長得不好，排除病蟲害以後就可以先施肥，如果施肥沒有改善，還可以再進行土壤分析等等來找出原因。以前的農夫要怎麼辦呢？

以前的農夫，很早就知道可以用落葉、動物糞便、動物屍體等等製作堆肥。中國在漢朝時就懂得把豆科植物列入輪作來提升土壤的肥力，這部分比歐洲人至少早了一千年。但是這些都是知其然而不知其所以然。

但是不論是使用堆肥或輪作，到了十九世紀初期，因著先前的拿破崙戰爭以及工業革命，人口增加與移民湧入，已經使得這些傳統的方法都無法符合當時的需要；於是，開始有人想要去進行系統性的研究，了解究竟植物需要哪些養分？多還是少？

最早研究礦物營養的人是Nicolas-Théodore de Saussure，他發現植物不只需要水，也需要二氧化碳才能進行光合作用。

Nicolas-Théodore de Saussure。圖片來源：wiki

真正量化研究其他的礦物質的人是Julius Sachs。他為了研究植物到底需要哪些礦物質，建立了一個實驗的系統，也就是現在的水耕法（hydroponics）。

Julius Sachs. 圖片來源：wiki

當時Sachs在溶液中放入了硝酸鉀（KNO3）、磷酸鈣（Ca3(PO4)2)、硫酸鎂（MgSO4‧7H2O）、硫酸鈣（CaSO4）、氯化鈉（NaCl），以及微量的硫化鐵（FeSO4）。如果以現代的眼光來看，這些礦物質，即使不計入碳（空氣中有二氧化碳），也並沒有滿足植物的所有十七種必需元素的需求；但是Sachs歪打正著，因為當時的純化技術不如現在，所以這些化合物裡面都含有不純物，而就這些不純物滿足了其他必需元素的需求。

我們的實作，嘗試著建立類似於Sachs的系統。使用的植物是向日葵的幼苗。

這些幼苗被種在珍珠石（perlite）裡面，由於珍珠石幾乎不含養分，所以幼苗裡面的礦物質（在結果時由親代供應）已經差不多快沒有了。

要把這些幼苗放在類似Sachs的系統中，需要先把它們小心地從珍珠石中移出來。

然後，這些幼苗的根部，因為會有一些珍珠石黏著，必需要泡在水裡小心地移除。

直到移入實驗的器具之前，幼苗的根部都要泡在水裡，以免枯萎。

接著要製備實驗的溶液。我們作了十組，包括兩組控制組（全部都有的，以及全部都沒有的）。由於錐形瓶上面的刻度僅供參考，所以同學要先量水。

倒入500ml蒸餾水，在水面的地方用簽字筆
在瓶身上劃個記號。

接著就可以開始製備溶液了。由於礦物質的溶液都是很濃的，為了避免沈澱，我們會在錐形瓶裡面先加一點水，再把礦物質的溶液加入。

所有該加的礦物質溶液都加好了，就可以加水到500ml。

接著就要把大約2-3株的向日葵幼苗放到個別的錐形瓶中。為了防止植物掉落，要先用棉花把幼苗包起來，再放到錐形瓶裡面。

包好以後的樣子。要小心不要讓棉花沾到礦物質溶液，否則很容易發霉喔！

最後再把錐形瓶包上鋁箔來隔絕光線，以免藻類生長，然後就可以移到適當的地方去培養與觀察了。

由於我們只有要觀察四週，所以跟Sachs不一樣的是，我們沒有通氣。當年Sachs有裝上打氣的裝置，並成功地展示，只要給植物它需要的養分以及空氣，用水耕可以種到植物開花結果喔！

參考資料：

Hopkins, Introduction to Plant Physiology.

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