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

2.徐州一中综合实践活动（研究性学习）记录表

注：1、由课题组长指派专人负责填写，备追踪课题研究过程时使用。

   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

4.小液流法测定不同植物叶片的水势大小

徐州市第一中学高一2班  姚怡辰  俞怡帆 段丫晴 刘怡彤 李佳林

【摘要】

为查明不同植物叶片水势的差异情况以及小液流法在植物水势测定中的适用特性，本研究借助小液流法，选用绿萝、橡皮树、吊兰三种常见室内植物的新叶与老叶作为研究对象，借助配制不同浓度的蔗糖溶液营造出梯度渗透压环境，观察叶片提取液跟蔗糖溶液混合后染色液滴的移动方向变化，算出各类型植物叶片的水势。实验结果说明：三种植物叶片水势的差异十分显著，其中绿萝叶片的水势是最高的，为 -0.32 MPa，橡皮树位居第二，吊兰的水势最低，为 -0.75 MPa；就同一植物而言，新叶水势普遍比老叶高，绿萝新叶与老叶水势的差值达到 0.15 MPa，橡皮树的差值为 0.12 MPa，吊兰的数值达 0.10 MPa，此方法操作不复杂、成本少，可有效区分不同植物跟同一植物不同叶龄的水势区别，为植物水分生理研究及相关栽培管理提供基础数据支撑。

【关键词】小液流法；植物叶片；水势；蔗糖溶液；水分生理

一、研究背景

植物水势是衡量植物体内水分运动趋势的关键参数，直接体现出植物细胞的吸水本事及水分胁迫状态，对植物的光合作用、养分运输以及生长发育起着关键的调控作用，在农业生产以及园艺管理工作里，植物水势可作为判定作物需水时机、衡量环境适应性的关键参照，就像干旱条件中，植物水势降低会引起气孔关闭，进而影响到光合作用的效率，最终妨碍产量的形成。

植物水势测定方法主要有质壁分离法、压力室法以及小液流法等几种，质壁分离法操作简单又省事，但仅可定性判断细胞有无失水，不能精准量化水势数值；压力室法开展测定时精度高，但仪器的购买成本贵，不适用在基础实验教学与大规模样本检测方面，小液流法按照“水分从高水势区域朝低水势区域移动”的原理，借助观察染色液滴在梯度浓度溶液中的移动走向，间接估算植物组织水势，兼具操作便利、成本不高、能定量的长处，在基础植物生理学实验里应用十分广泛。

然而，现有研究对不同常见室内植物叶片水势的系统对比较少，且同一植物新老叶水势差异的相关数据不足。本研究以绿萝、橡皮树、吊兰三种典型室内植物为材料，采用小液流法测定其叶片水势，旨在明确不同植物及同一植物不同叶龄的水势特征，验证小液流法在植物水势测定中的实用性，为植物水分管理及生理研究提供参考，同时为基础实验教学提供标准化操作案例。养猪场废水污染对人体、水生生物以及农业生产都有很大危害……

二、实验材料

1. 实验植物：绿萝（Epipremnum aureum）、橡皮树（Ficus elastica）、吊兰（Chlorophytum comosum），均取自徐州市第一中学植物实验室温室，选取生长健壮、无病虫害的植株，分别采集顶部展开 1 周内的新叶与基部生长 3 个月以上的老叶作为实验样本。

2. 实验仪器：FA2004 型电子天平（上海精密科学仪器有限公司）、HH-2 型恒温水浴锅（常州澳华仪器有限公司）、100 mL 容量瓶（北京玻璃仪器厂）、50 mL 烧杯（北京玻璃仪器厂）、移液管（1 mL、5 mL、10 mL，北京玻璃仪器厂）、试管（15 mm×150 mm，北京玻璃仪器厂）、试管架（实验室自备）、解剖刀（上海医疗器械股份有限公司）、镊子（上海医疗器械股份有限公司）、毛细吸管（内径 0.5 mm，北京玻璃仪器厂）、标签纸（实验室自备）。

3. 试剂：蔗糖（分析纯，国药集团化学试剂有限公司，货号 10021-41-7）、0.1% 亚甲蓝溶液（实验室自制，称取 0.1 g 亚甲蓝粉末，用蒸馏水溶解并定容至 100 mL）、蒸馏水（实验室自制，经超纯水机处理）。

三、研究过程

1. 实验准备与溶液配制

1.1 蔗糖溶液的配制依据实验设计：需配制浓度为 0.05 mol/L、0.10 mol/L、0.15 mol/L、0.20 mol/L、0.25 mol/L、0.30 mol/L 的蔗糖溶液各 100 mL。计算各浓度蔗糖溶液所需蔗糖质量：根据公式\(m = cVM\)（其中c为蔗糖溶液浓度，单位 mol/L；V为溶液体积，单位 L；M为蔗糖摩尔质量，342 g/mol），分别计算得 0.05 mol/L 蔗糖溶液需蔗糖 1.71 g，0.10 mol/L 需 3.42 g，0.15 mol/L 需 5.13 g，0.20 mol/L 需 6.84 g，0.25 mol/L 需 8.55 g，0.30 mol/L 需 10.26 g。用电子天平精确称取对应质量的蔗糖，分别置于 6 个 100 mL 烧杯中，各加入约 50 mL 蒸馏水，置于恒温水浴锅（30℃）中搅拌至完全溶解；待溶液冷却至室温后，分别转移至 100 mL 容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度线，摇匀后贴上标签，标注浓度与配制日期。1.2 实验样本处理选取绿萝、橡皮树、吊兰的新叶与老叶，每类叶片选取 3 片健康无损伤的样本，用蒸馏水冲洗叶片表面，用吸水纸吸干表面水分。用解剖刀与镊子去除叶片主脉（主脉含大量木质部，水势与叶肉组织差异较大），将剩余叶肉组织剪成 1 mm×1 mm 的小块；每片叶片称取 0.5 g 叶肉组织，置于干净试管中，标记 “绿萝新叶 - 1”“绿萝老叶 - 1” 等，每组设置 3 次重复。

2. 小液流法测定步骤

2.1 叶片提取液制备向装有叶肉组织的试管中，分别加入 5 mL 对应浓度的蔗糖溶液（每个浓度梯度对应 1 组叶片样本），用保鲜膜密封试管口，轻轻摇晃试管使叶肉组织与蔗糖溶液充分接触；将试管置于室温（25℃）环境中静置 30 min，期间每隔 10 min 轻轻摇晃 1 次，确保叶片细胞与蔗糖溶液间充分进行水分交换。

2.2 染色与液滴移动观察静置结束后，用毛细吸管吸取试管中上层澄清溶液（避免吸入叶肉组织碎片），滴加 1 滴 0.1% 亚甲蓝溶液，轻轻混匀，制成染色溶液。用另一支干净的毛细吸管吸取少量染色溶液，缓慢插入装有相同浓度蔗糖溶液的对照试管中（对照试管仅含蔗糖溶液，未接触叶片组织），在液面下 1 cm 处缓慢挤出 1 滴染色液滴，观察液滴的移动方向：若液滴向上移动，说明叶片提取液渗透压高于对照蔗糖溶液，叶片水势高于该浓度蔗糖溶液水势；若液滴向下移动，说明叶片提取液渗透压低于对照蔗糖溶液，叶片水势低于该浓度蔗糖溶液水势；若液滴静止不动，说明叶片提取液渗透压与对照蔗糖溶液相等，叶片水势等于该浓度蔗糖溶液水势。

2.3 水势计算根据范特霍夫公式\(\Psi_s = -iCRT\)计算蔗糖溶液水势（即叶片水势），其中：\(\Psi_s\)为溶液水势（单位 MPa）；i为蔗糖的解离系数（蔗糖为非电解质，\(i=1\)）；C为蔗糖溶液浓度（单位 mol/L）；R为气体常数（0.008314 L・MPa/(mol・K)）；T为绝对温度（单位 K，\(T=273 + t\)，t为实验温度，单位℃）。若未观察到液滴静止的浓度梯度，则取液滴由上移转为下移的两个相邻浓度蔗糖溶液水势的平均值，作为该植物叶片的水势值。

四、结果与分析

1. 不同植物叶片水势测定结果

通过观察不同浓度蔗糖溶液中染色液滴的移动方向，结合水势计算公式，得到绿萝、橡皮树、吊兰三种植物叶片的水势值，结果如下表所示。由表可知，三种植物叶片水势存在显著差异，绿萝叶片水势最高，平均为 - 0.32 MPa，橡皮树次之，平均为 - 0.58 MPa，吊兰最低，平均为 - 0.75 MPa，表明绿萝叶片细胞吸水能力较弱，吊兰叶片细胞吸水能力最强，这与三种植物的生态习性一致 —— 吊兰耐旱性较强，需通过较低的水势增强吸水能力以适应干旱环境，而绿萝喜湿润环境，对水分的需求更依赖外部供水，细胞吸水能力较弱。

表 1 不同植物叶片水势测定结果

注：为平均值，s为标准差，n为重复次数

2. 同一植物新老叶水势差异分析

从表1可以看出，就一般情形而言，同一植物新叶水势普遍高于老叶：绿萝新叶的水势要比老叶高出0.15 MPa，橡皮树新叶水势跟老叶比起来高0.12 MPa，吊兰新叶水势比老叶的水势高了0.10 MPa，此现象大概跟叶片生理功能之间的差异存在联系：新叶处于生长极为旺盛的阶段，细胞代谢极为活跃，液泡内积累的诸如可溶性糖的渗透调节物质较少，渗透压呈现较低数值，故而水势相对高；而老叶的生长阶段代谢开始减缓，也许是水分运输效率减退或者渗透调节物质积累，引起细胞渗透压增大，为维持叶片正常的水分补充。

3. 小液流法测定可靠性验证

做实验的过程里，每组样本做3次重复的安排，水势测定所得结果的标准差均低于0.03 MPa，说明该方法的重复性挺不错；借助对比不同浓度蔗糖溶液的水势梯度，发现对液滴移动方向的判断误差不大，仅在相邻浓度梯度范围（如0.15 mol/L与0.20 mol/L蔗糖溶液）内有轻微模糊情况，但借助取平均值可有效降低误差，跟压力室法对比，小液流法的精准度稍逊一筹，但操作不复杂、成本不高，适合基础实验和大规模样本筛选，说明了其在植物水势测定方面的实用性。

五、结论

1.本研究采用小液流法成功测定了绿萝、橡皮树、吊兰三种植物叶片的水势，明确了三种植物叶片水势的排序为：绿萝（-0.32 MPa）＞橡皮树（-0.58 MPa）＞吊兰（-0.75 MPa），该结果与植物的生态适应性特征相符，为植物水分管理提供了数据支撑。

2.同一植物新叶水势显著高于老叶水势，绿萝、橡皮树、吊兰新老叶水势差值分别为 0.15 MPa、0.12 MPa、0.10 MPa，表明叶龄是影响植物叶片水势的重要因素，在植物水势研究中需考虑叶龄的一致性。

3.小液流法操作便捷、成本不高，且测定所得结果的重复性良好，虽其精度稍微低于压力室法，但可满足基础实验以及大规模样本筛查的基本需求，适用于植物生理学基础教学及初步的科研工作。

4.后续研究还能进一步扩大植物种类的范畴，结合光照、湿度等环境因子对植物水势动态变化展开分析，同时优化小液流法的操作环节，提升测定精度以及工作效率。

六、参考文献

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附录