1.徐州一中综合实践活动（研究性学习）课题实施方案申报表

课题名称	植物水势随生长阶段与土壤湿度的变化：小液流法探究与精准农管策略
课  题 组  成 员  及 有 关 情 况	姓名	性别	班级	职务	学号
	杜雨泽	男	高一1班	组长
	赵昱锟	男	高一1班	组员
	王烁彤	女	高一1班	组员
	曹圣熙	男	高一1班	组员
	卢雨萱	女	高一1班	组员
	指导教师	裴蒙
课  题 研  究 的  目 的  及 主  要 内  容	目的： 通过小液流法测定植物组织水势，探究植物水分状况，为研究植物生理及水分关系提供关键数据支撑。 主要内容： 实验一：通过运用小液流法测定不同环境条件下（如干旱、正常水分）植物的水势，深化对植物水分状况调节机制及适应策略的认识。； 实验二：通过运用小液流法测定不同生长阶段植物的水势，剖析植物在不同发育时期水分需求与利用特点，助力精准农业管理。 实验三：通过运用小液流法测定不同土壤湿度下植物的水势，探究土壤水分状况对植物水分平衡的影响，为合理灌溉提供理论依据 。
研 究 假 设	1、假设一：植物在不同生长阶段对水分的需求和利用能力存在差异，因此不同生长阶段植物的水势会呈现出显著变化。具体而言，在植物生长旺盛期，由于蒸腾作用强烈、细胞代谢活跃，其水势相对较低；而在生长缓慢期或休眠期，植物蒸腾作用减弱、细胞代谢减缓，水势相对较高。 假设二：植物在营养生长阶段和生殖生长阶段的水势有明显不同。营养生长阶段植物主要进行根、茎、叶等器官的构建，需要大量水分参与细胞分裂和伸长，此时植物水势较低；进入生殖生长阶段后，植物将更多资源分配给花、果实和种子的发育，水分需求相对减少，水势会有所升高
研 究 方 法	组队实验、查找相关资料。
研  究 步  骤 （各 阶 段  的 主  要 内  容 和  时 间  安 排）	一 、8月22日-8月25日 领取科学盒子和科学海报 录制开箱视频，拍摄开箱照片 二、8月26日-8月27日 领取姓名专属条码，加入课题微信群、组建课题小组，参加课题群科学第一课 ，检查物资。 三、8月29日-9月10日 1. 登录在线学习平台 2. 完成探究性学习导论，合作讨论课程学习； 3. 完成先备知识课程学习和课题任务的节点任务提交； 4. 完成实验探究的课程学习和课题任务的节点任务提交； 5. 利用科探方舟盒子完成课题探究实验。 四、9月11日-9月12日 进行课题研究进展汇报 成果制作指导课程学习 五、9月13日-9月18日 成果制作和修改 六、9月14日-9月28日 1. 科学海报评选 2. ppt 预答辩 3. 科技论文评选 七、9月底 闭幕式，进行成果的汇报与表彰
成 果 形 式	PPT,论文
论  证 小  组 意  见	论证人签名： 年 月 日

2.徐州一中综合实践活动（研究性学习）记录表

   2、本表一式三份，交由年级处、指导教师、课题组长存档。

3.徐州一中综合实践活动（研究性学习）课题研究成果报告

题目：植物水势随生长阶段与土壤湿度的变化				编号：
课题组成员	组员： 杜雨泽，赵昱锟，王烁彤，曹圣熙，卢雨萱
指导教师： 裴蒙		报告执笔人： 杜雨泽		完成时间：9月11日
主导课程：生物学			相关课程：
（一）书面材料
1)课题成果：通过实验研究、小组讨论以及资料查阅，明确了植物在不同生长阶段水势存在显著变化。营养生长阶段植物水势较低，生殖生长阶段水势有所升高。这一成果有助于深入理解植物在不同生长时期的水分需求和利用特点，为植物栽培中的合理灌溉等管理措施提供了理论依据。 预期的成果：三个实验（不同成员对同种植物不同生长阶段水势测定实验）均成功，符合预定推测，即植物不同生长阶段水势存在差异。 三个实验均成功，符合预定推测。 2课题实际取得的成果：不仅验证了植物不同生长阶段水势存在差异这一推测，还进一步深入分析了导致差异的原因，即营养生长阶段器官构建对水分的强烈需求以及生殖生长阶段资源分配的转变。同时，提出了新的研究问题，如不同植物种类水势变化幅度差异以及环境因素对水势变化的影响等。
参考书目及资料：
附录材料（要求提交原始记录）包括： 活动记录表（1）份 访谈表（ ）份 实验记录（ ）份 调查表（ ）份  测量数据记录（ ）份
（二）实物材料，如制作的图片，模型，照片，事物样本，音像资料等 编号： 名称： 制作者： 内容： 功能：
（三）演示课题成果所需要的条件，要求（如特别需要，请说明）：

4. 植物水势随生长阶段与土壤湿度的变化：小液流法探究与精准农管策略
徐州市第一中学

【摘要】
本研究聚焦于植物在不同生长阶段的水势变化情况，旨在明确生长阶段与水势之间的关系，为植物栽培管理提供理论支持。采用小液流法对同种植物处于营养生长阶段和生殖生长阶段的样本进行水势测定。研究结果表明，植物在不同生长阶段水势存在显著差异，营养生长阶段植物水势相对较低，生殖生长阶段水势有所升高。本研究成果有助于深入理解植物的水分需求和利用特点，对合理灌溉等植物栽培管理措施具有重要意义。
【关键词】植物生长阶段；水势；小液流法；水分需求

一、研究背景
  植物的生长过程涵盖多个阶段，不同阶段植物的生理特征和代谢活动存在明显差异，这些差异必然会影响植物对水分的吸收、运输和利用，进而反映在水势的变化上。水势是衡量植物水分状况的重要指标，了解植物在不同生长阶段的水势变化，对于合理调控植物生长环境、优化栽培管理措施至关重要。

在农业生产和生态保护等领域，准确掌握植物水势变化规律具有重要的应用价值。例如，在农业灌溉中，根据植物不同生长阶段的水势需求进行精准灌溉，不仅可以提高水资源利用效率，还能促进植物的健康生长，提高农作物产量和品质。在生态恢复项目中，了解植物的水势特征有助于选择适合当地环境的植物种类，提高生态恢复的成功率。然而，目前对于植物不同生长阶段水势变化的系统研究相对较少，因此开展本研究具有重要的理论和实际意义。

实验一：通过运用小液流法测定不同环境条件下（如干旱、正常水分）植物的水势，深化对植物水分状况调节机制及适应策略的认识。；
实验二：通过运用小液流法测定不同生长阶段植物的水势，剖析植物在不同发育时期水分需求与利用特点，助力精准农业管理。
实验三：通过运用小液流法测定不同土壤湿度下植物的水势，探究土壤水分状况对植物水分平衡的影响，为合理灌溉提供理论依据 。

二、实验材料
1、实验材料：

植物样本：选取生长状况良好且具有本地代表性植株作为研究对象。分别在营养生长阶段和生殖生长阶段进行样本采集。每个生长阶段选取 10 株生长状况相似的植株，采集植株中部成熟且健康的叶片作为实验材料。

蔗糖：选用分析纯级别的蔗糖，用于配制不同浓度的蔗糖溶液。

甲基蓝粉末：作为指示剂，用于更清晰地观察小液流的运动方向。

2、实验仪器：打孔器， 试管， 毛细管，移液管，镊子， 温度计，标签纸和记号笔

三、研究过程
课题一、通过运用小液流法测定不同环境条件下（如干旱、正常水分）植物的水势，深化对植物水分状况调节机制及适应策略的认识。

一、实验准备

1.1 实验材料

· 植物样本：选取生长状况良好且一致的植株若干。将其分为两组，一组作为干旱处理组，一组作为正常水分对照组。

· 蔗糖：分析纯级别，用于配制不同浓度的蔗糖溶液。

· 甲烯蓝粉末：作为指示剂，便于观察小液流。

· 实验器材

o 打孔器（直径 0.6cm 左右）

o 试管若干（规格 15mm×150mm）

o 毛细管

o 移液管（1mL、5mL 等不同规格）

o 镊子

o 标签纸和记号笔

o 称量纸和电子天平（精确到 0.01g）

o 容量瓶（50mL、100mL 等）

二、环境条件设置

2.1 干旱处理组

将选取的部分植株移栽至装有干燥土壤的花盆中，在实验前一周停止浇水，并放置在光照、温度等条件适宜的环境中，模拟干旱环境。期间观察植株的生长状态，确保其处于干旱胁迫状态。

2.2 正常水分对照组

将另一部分植株种植在正常湿度的土壤中，定期适量浇水，保持土壤湿润，维持植物正常生长的水分条件。

三、蔗糖溶液配制

3.1 计算所需蔗糖质量

根据要配制的蔗糖溶液浓度和体积，利用公式（其中为质量，为物质的量浓度，为溶液体积，为蔗糖的摩尔质量，）计算所需蔗糖的质量。

3.2 配制不同浓度蔗糖溶液

用电子天平准确称取不同质量的蔗糖，分别置于不同的容量瓶中，加入适量蒸馏水溶解后，再用蒸馏水定容至刻度线，配制成浓度分别为 0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L……1.0mol/L 的蔗糖溶液。将配制好的溶液分别倒入标记好浓度的试管中，每管 10mL。

3.3 添加指示剂

向每个装有蔗糖溶液的试管中加入少量甲烯蓝粉末，摇匀使溶液呈现浅蓝色，以便后续观察小液流。

四、植物样本处理与小液流法测定

4.1 植物组织取样

分别从干旱处理组和正常水分对照组的植株上，用打孔器钻取中部成熟且健康的叶片，迅速进行后续操作，以减少水分交换对实验结果的影响。

4.2 放入植物小圆片

用镊子将打取的叶片小圆片（每个试管放入 10 个小圆片），分别放入不同浓度蔗糖溶液的试管中，注意避免小圆片相互重叠。

4.3 平衡处理

将所有试管放置在相同且适宜的环境条件下（如室温、避光等），静置 1 - 2 小时，使植物组织与蔗糖溶液充分达到水分平衡。

4.4 观察小液流运动

用毛细管吸取少量各试管中的溶液，观察小液流的运动方向：

· 若小液流向上运动，说明植物组织水势低于蔗糖溶液水势。

· 若小液流向下运动，则说明植物组织水势高于蔗糖溶液水势。

· 若小液流基本不动，此时蔗糖溶液的水势与植物组织水势相等。

课题二、通过运用小液流法测定不同生长阶段植物的水势，剖析植物在不同发育时期水分需求与利用特点，助力精准农业管理。

一、实验前期准备

1.1 实验材料与器材准备

· 植物样本：选择生长周期明确且易于区分生长阶段的植物。在植物生长过程中，分别在种子萌发期（胚根突破种皮，长度约 0.5 - 1cm）、幼苗期（植株长出 2 - 3 片真叶）、营养生长旺盛期（植株快速生长，茎叶繁茂）、生殖生长期（出现花芽分化至开花结果）等典型生长阶段进行样本采集。每个阶段选取生长状况良好且一致的植株 5 - 10 株。

· 蔗糖：分析纯级别，用于配制不同浓度的蔗糖溶液。

· 甲烯蓝粉末：作为指示剂，使溶液呈现颜色便于观察小液流。

· 实验器材：打孔器（直径约 0.5 - 1cm）、试管若干（规格 15mm×150mm）、毛细管、移液管（1mL、5mL、10mL 等不同规格）、镊子、标签纸、记号笔、电子天平（精确到 0.01g）、容量瓶（50mL、100mL 等）、量筒、药匙。

1.2 蔗糖溶液配制

· 根据实验需求，使用电子天平和容量瓶配制一系列不同浓度（如 0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L……1.0mol/L）的蔗糖溶液。具体操作如下：

o 先计算所需蔗糖的质量，利用公式（其中为质量，为物质的量浓度，为溶液体积，为蔗糖的摩尔质量，）。

o 用电子天平准确称取相应质量的蔗糖，放入烧杯中，加入少量蒸馏水搅拌溶解。

o 将溶解后的溶液转移至容量瓶中，用蒸馏水多次洗涤烧杯，将洗涤液也倒入容量瓶，最后用蒸馏水定容至刻度线，摇匀备用。

· 向每个配制好的蔗糖溶液试管中加入少量甲烯蓝粉末，轻轻摇晃，使溶液呈现浅蓝色，以利于后续观察。

二、植物样本处理

2.1 叶片采集

在每个选定的生长阶段，从对应植株上选取中部成熟且健康的叶片。使用干净的剪刀或刀片迅速剪下叶片，避免叶片失水过多影响实验结果。

2.2 制作叶片小圆片

用打孔器在采集的叶片上钻取小圆片，每个试管对应的小圆片数量保持一致（一般为 10 - 15 片）。操作过程中尽量保证小圆片大小均匀，减少实验误差。

三、小液流法测定植物水势

3.1 放置叶片小圆片

用镊子将每个生长阶段对应的叶片小圆片分别放入不同浓度蔗糖溶液的试管中，确保小圆片完全浸没在溶液中，且各试管之间做好清晰标记，注明植物生长阶段和蔗糖溶液浓度。

3.2 平衡处理

将所有试管放置在相同且适宜的环境条件下，如温度为 25℃左右、光照较弱且均匀的环境中，静置 1.5 - 2 小时，使叶片细胞与蔗糖溶液充分达到水分平衡。

3.3 观察小液流

用毛细管小心吸取各试管中的溶液，观察小液流的运动方向：

· 若小液流向上移动，表明植物组织水势低于蔗糖溶液水势。

· 若小液流向下移动，说明植物组织水势高于蔗糖溶液水势。

· 若小液流基本静止不动，此时蔗糖溶液的水势与植物组织水势相等。

四、数据记录与分析

4.1 记录等水势浓度

仔细观察并准确记录每个生长阶段植物样本在不同浓度蔗糖溶液中，小液流基本不动时对应的蔗糖溶液浓度。

4.2 计算植物水势

根据预先通过专业方法测定或查阅相关资料得到的蔗糖溶液浓度 - 水势关系曲线，将记录的等水势蔗糖溶液浓度代入曲线方程，计算出各生长阶段植物的水势值。

4.3 结果剖析

对比不同生长阶段植物的水势数据，分析植物在各个发育时期的水势变化规律。结合植物在不同生长阶段的生理特征，如细胞分裂、伸长、物质合成与积累等活动，剖析植物对水分的需求和利用特点。例如，营养生长旺盛期植物水势较低，可能是因为此时植物生长迅速，细胞代谢旺盛，需要大量水分参与各种生理过程，植物通过降低水势来促进根系吸水。根据这些分析结果，为精准农业管理提供科学依据，如在不同生长阶段合理灌溉、调整施肥策略等。

课题三、通过运用小液流法测定不同土壤湿度下植物的水势，探究土壤水分状况对植物水分平衡的影响，为合理灌溉提供理论依据 。
一、实验准备

（一）实验材料与器材

1. 植物材料：选择生长状况良好、长势一致且对土壤湿度变化敏感的植物，幼苗若干株。

2. 土壤：选用透气性良好、肥力均匀的培养土。

3. 蔗糖：分析纯，用于配制不同浓度的蔗糖溶液。

4. 甲基蓝粉末：作为指示剂，便于观察小液流。

5. 实验器材：花盆若干、打孔器（直径约 0.8cm）、试管（规格 15mm×150mm）、毛细管、移液管（1mL、5mL、10mL）、镊子、标签纸、记号笔、电子天平、容量瓶（100mL、250mL）、量筒、土壤湿度传感器（可选，用于更精确测定土壤湿度）、喷壶。

（二）蔗糖溶液配制

1. 使用电子天平与容量瓶，配制浓度分别为 0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L……1.0mol/L 的一系列蔗糖溶液。

2. 向每个浓度的蔗糖溶液试管中加入少量甲烯蓝粉末，轻轻摇匀，使溶液呈现浅蓝色，以利于后续观察小液流。

二、土壤湿度设置

（一）分组与处理

将番茄幼苗分别移栽至花盆中，待幼苗适应环境后，将其分为三组，设置不同的土壤湿度条件：

1. 高湿度组：每天用喷壶多次喷水，保持土壤表面湿润，土壤含水量较高，使用土壤湿度传感器测定或通过手握土壤成团且有水渗出判断，维持土壤湿度在较为饱和的状态。

2. 中湿度组：每隔 1 - 2 天浇适量水，使土壤湿度保持在适宜番茄生长的范围，手握土壤能成团，但无水渗出。

3. 低湿度组：减少浇水频率，每周浇少量水，使土壤处于相对干旱状态，土壤表面干燥、发白，手握土壤易散。

（二）处理时间

各处理组保持相应的土壤湿度条件 1 - 2 周，期间观察植物生长状况，确保植物在不同土壤湿度环境下生长且无明显病害。

三、植物样本采集与处理

（一）叶片采集

在各处理组达到设定的土壤湿度处理时间后，从每株番茄幼苗上选取中部成熟且健康的叶片，用干净的剪刀迅速剪下，避免叶片失水。

（二）制作叶片小圆片

用打孔器在采集的叶片上钻取小圆片，每个试管对应的小圆片数量保持一致，一般为 10 - 12 片。操作过程中保证小圆片大小均匀，减少实验误差。

四、小液流法测定植物水势

（一）放置叶片小圆片

用镊子将各处理组对应的叶片小圆片分别放入不同浓度蔗糖溶液的试管中，确保小圆片完全浸没在溶液中，并在试管上做好清晰标记，注明土壤湿度处理组和蔗糖溶液浓度。

（二）平衡处理

将所有试管放置在温度为 25℃左右、光照较弱且均匀的环境中，静置 1.5 - 2 小时，使叶片细胞与蔗糖溶液充分达到水分平衡。

（三）观察小液流

用毛细管小心吸取各试管中的溶液，观察小液流的运动方向：

· 若小液流向上移动，表明植物组织水势低于蔗糖溶液水势。

· 若小液流向下移动，说明植物组织水势高于蔗糖溶液水势。

· 若小液流基本静止不动，此时蔗糖溶液的水势与植物组织水势相等。

五、数据记录与分析

（一）记录等水势浓度

仔细观察并准确记录每个土壤湿度处理组植物样本在不同浓度蔗糖溶液中，小液流基本不动时对应的蔗糖溶液浓度。

（二）计算植物水势

根据预先测定或查阅资料得到的蔗糖溶液浓度 - 水势关系曲线，将记录的等水势蔗糖溶液浓度代入曲线方程，计算出各土壤湿度处理组植物的水势值。

（三）结果分析

对比不同土壤湿度处理组植物的水势数据，分析土壤湿度对植物水势的影响。绘制土壤湿度与植物水势的关系图表，直观展示两者之间的变化趋势。探讨土壤水分状况如何影响植物的水分平衡，例如，随着土壤湿度的降低，植物水势是否相应降低，植物是如何通过调节自身生理过程来适应不同土壤水分条件的。根据实验结果，为合理灌溉提供理论依据，如确定不同土壤湿度条件下植物的灌溉时机和灌溉量等。

四、结果与分析
本研究通过三个课题，分别运用小液流法测定了不同生长阶段、不同土壤湿度下植物的水势，旨在深入剖析植物水分状况调节机制、适应策略以及为精准农业管理提供依据。以下是具体的实验结果与分析。

一、不同生长阶段植物水势变化

选取小麦作为实验材料，在种子萌发期、幼苗期、营养生长旺盛期和生殖生长期进行水势测定。每个阶段选取 8 株生长状况良好的植株，采用小液流法，配制 0.1 - 1.0mol/L 的蔗糖溶液进行实验。实验数据如下表所示：

从数据可以看出，小麦在不同生长阶段水势存在明显变化。营养生长旺盛期水势最低，种子萌发期和生殖生长期水势相对较高。这是因为在营养生长旺盛期，植物细胞分裂和伸长活动旺盛，需要大量水分参与各种生理生化反应，植物通过降低水势来促进根系从土壤中吸收更多水分。而在种子萌发期，种子主要利用自身储存的水分和养分，对外界水分吸收需求相对较小；生殖生长期，植物将更多资源分配给花、果实和种子的发育，对水分的吸收和利用策略发生改变，导致水势有所升高。

二、不同土壤湿度下植物水势差异

以番茄幼苗为实验对象，设置高、中、低三种土壤湿度条件，每组 10 株幼苗。经过 1 - 2 周的处理后，运用小液流法测定植物水势，实验结果如下：

三、综合分析水分对植物的影响及对农业管理的启示

综合不同生长阶段和不同土壤湿度下植物水势的变化情况，可以看出植物的水势受到自身生长阶段和外界土壤水分条件的共同影响。在农业生产中，我们需要综合考虑这些因素来实现精准灌溉。

例如，在小麦的营养生长旺盛期，即使土壤湿度处于中等水平，由于植物自身对水分需求较大，也需要适当增加灌溉量，以满足植物生长的需求；而在生殖生长期，可适当减少灌溉。对于番茄等蔬菜作物，在土壤湿度较低时，应及时灌溉，避免植物因长期处于低水势状态而影响生长和产量。同时，根据植物不同生长阶段的水势特点，可以合理调整施肥策略，因为水分状况会影响植物对养分的吸收和利用。

通过对植物水势的研究，我们能够更好地理解植物的水分调节机制，为精准农业管理提供科学依据，从而提高农作物产量和质量，实现水资源的合理利用。

五、结论
课题一实验结论：实验清晰地表明，植物在不同生长阶段水势存在明显且规律的变化。以小麦为例，营养生长旺盛期水势达到最低值，种子萌发期和生殖生长期水势相对较高。这一结果反映出植物在不同发育时期对水分的需求和利用特点存在差异。营养生长旺盛期植物细胞代谢活动极为旺盛，细胞分裂和伸长需要大量水分参与各种生理生化反应，植物通过主动降低水势来增强根系的吸水能力，以满足生长所需。而种子萌发期主要依赖自身储存的水分和养分，对外界水分吸收需求较小；生殖生长期植物将更多资源分配给生殖器官的发育，水分吸收和利用策略改变，导致水势升高。
  课题二实验结论：实验结果有力地证明了土壤湿度与植物水势之间存在显著的负相关关系。随着土壤湿度从高到低变化，植物水势相应降低。在高湿度条件下，植物根系吸水容易，细胞水分充足，水势较高；低湿度时，根系吸水困难，植物通过降低水势来从干旱土壤中获取水分。这表明植物具备一定的水分调节能力，能够根据外界土壤水分状况调整自身水势，以维持体内的水分平衡。这种调节能力是植物适应不同土壤环境的重要机制之一。
   课题三实验结论：植物的水势受到自身生长阶段和外界土壤水分条件的共同影响。不同生长阶段植物对水分的需求和利用特点不同，而土壤湿度则直接决定了植物可获取水分的难易程度。两者相互作用，共同决定了植物的水势状态。基于上述结论，在农业生产中实现精准灌溉和科学管理成为可能。综合考虑植物生长阶段和土壤湿度，制定个性化的灌溉和施肥方案。例如，在植物需水旺盛的生长阶段且土壤湿度较低时，增加灌溉量；在植物对水分需求相对较小且土壤湿度适宜时，减少灌溉。同时，根据水分状况调整施肥策略，提高养分利用效率。