小液流法测定植物叶片水势

徐州市第一中学高一12班 孙睿婕、周小婷、田恬、李姝瑶，郝凡菲

【摘要】

本本实验采用小液流法，配制0.1~0.5mol/L梯度蔗糖溶液，利用植物叶片组织与外界溶液的水分渗透作用，通过观察小液流浮沉状态确定等渗浓度，进而计算叶片水势。同时增设两组平行实验，保证实验结果的可靠性与重复性。实验结果显示，供试鹅掌楸叶片的等渗蔗糖浓度均为0.3mol/L，对应平均水势为-0.74 MPa，表明植株处于轻度水分胁迫状态。本实验操作简便、成本低廉，直观体现了植物细胞的渗透吸水原理，适合基础植物生理学实验教学，平行实验的设置也为实验结果的准确性提供了有效保障。

一、研究背景

植物水势（water potential, Ψ）是衡量植物体内水分状态及其生理功能的重要指标，反映了植物细胞或组织与周围环境之间的水分交换能力。水势的高低直接影响植物的水分吸收、运输及利用效率，进而影响植物的生长、发育及抗逆性（如干旱胁迫）。因此，测定植物水势对于研究植物水分生理、生态适应性及农业生产管理具有重要意义。

小液流法（droplet method）是一种经典的植物组织水势测定方法，其原理基于植物细胞与外界溶液之间的渗透平衡。当植物组织水势高于溶液水势（Ψ组织 > Ψ溶液），细胞失水，溶液被稀释，密度降低，小液流上浮；反之，若组织水势低于溶液水势（Ψ组织 < Ψ溶液），细胞吸水，溶液浓缩，密度增大，小液流下沉；当小液流在溶液中静止不动时，表明组织与溶液达到渗透平衡（Ψ组织 = Ψ溶液），此时溶液的渗透势即为植物组织的水势。为提升实验结果的准确性，本实验在基础操作上增设两组平行实验，同步测定并记录数据，排除偶然误差。

二、实验材料

1、实验材料：植物材料为新鲜鹅掌楸叶片（无病虫害、无机械损伤）；试剂为蔗糖粉末（34.2g）、蒸馏水、亚甲蓝染液。

2、实验仪器：玻璃仪器：100mL容量瓶、移液管、胶头滴管；

塑料耗材：梯度浓度试管（0.1~0.5mol/L）、试管架、离心管；

其他工具：打孔器、镊子、记号笔、天平、吸水纸。

三、研究过程

具体步骤：

1、配制梯度浓度蔗糖溶液

1.1计算配制100mL不同浓度蔗糖溶液所需蔗糖质量：蔗糖摩尔质量M=342g/mol，0.1~0.5mol/L梯度溶液所需质量分别为3.42g、6.84g、10.26g、13.68g、17.10g，本实验共配制三组梯度溶液，满足平行实验需求。

1.2用容量瓶精准配制0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L的蔗糖溶液各100mL/组，充分搅拌至完全溶解。

1.3取18支离心管，分三组标记（实验1组、实验2组、实验3组），每组均标注浓度（0.1~0.5mol/L）及空白对照，分别注入对应浓度蔗糖溶液至试管2/3处，置于试管架上备用。

2、制备植物叶片小圆片

选取新鲜鹅掌楸叶片，用吸水纸吸干表面水分，使用打孔器避开叶脉，打取大小均匀的叶片小圆片。每组每支梯度浓度试管中均放入10~15片小圆片，确保叶片完全浸没在蔗糖溶液中

3、渗透平衡处理

将所有装有叶片小圆片的离心管旋紧瓶盖，轻轻摇晃使叶片与溶液充分接触，室温下静置平衡20~30分钟，期间每隔5分钟轻摇一次，促进水分渗透平衡。

4、染色与小液流观察

4.1平衡结束后，用胶头滴管分别吸取三组实验各试管中上层澄清溶液，注入对应浓度的空白试管中，每支空白试管滴加1滴亚甲蓝染液，轻轻混匀，使溶液呈浅蓝色

4.2用干净的移液管分别吸取三组实验染色后的小液流，缓慢注入原浓度未染色的蔗糖溶液中，轻放至试管中部，避免扰动溶液。。

4.3同步观察并记录三组实验每支试管中小液流的浮沉状态：下沉（组织吸水）、上浮（组织失水）、悬浮（等渗）。

5、实验原始记录

本次实验环境温度t=25℃，绝对温度T=298K。三组实验小液流浮沉状态及核心数据记录如下表1

表1小液流法测定植物叶片水势实验数据记录表

蔗糖溶液浓度（mol/L） 实验1组小液流浮沉状态 实验2组小液流浮沉状态 实验3组小液流浮沉状态 等渗浓度判断 溶液溶质势（MPa） 叶片水势（MPa）

6、实验原理

植物水势（Ψw）是植物组织水分状况的核心指标，成熟植物细胞的水势主要由溶质势（Ψs）和压力势（Ψp）组成，即Ψw=Ψs+Ψp。当植物组织置于外界溶液中时，若组织水势低于溶液水势，组织吸水，溶液浓度升高、比重增大；若组织水势高于溶液水势，组织失水，溶液浓度降低、比重减小；若二者相等，水分进出达到动态平衡，溶液浓度和比重保持不变。

本实验以蔗糖为非电解质（解离常数i=1），其溶液溶质势可通过范霍夫公式计算：

Ψs=-iCRT

其中：Ψs为溶质势（MPa）；i为解离常数（蔗糖i=1）；C为蔗糖溶液的摩尔浓度（mol/L）；R为气体常数（0.008314 MPa·L·mol⁻¹·K⁻¹）；T为绝对温度（T=273+t，t为实验环境温度，℃）。

通过配制梯度浓度蔗糖溶液，将植物叶片小圆片浸入溶液平衡后，取上层小液流注入原浓度溶液中，观察其浮沉：小液流悬浮时，该溶液即为等渗溶液，其溶质势近似等于植物叶片的水势。平行实验的设置可有效排除偶然误差，确保等渗浓度判断的准确性。

7、计算过程

7.1核心公式

Psi_w approxPsi_s=-iCRT

已知：i=1，C=0.3mol/L，R=0.008314 MPa·L·mol⁻¹·K⁻¹，T=25+273=298K。

7.2代入计算

Psi_s=-1times0.3times0.008314times298

Psi_s=-0.3times2.477572

Psi_s=-0.7432716textMPaapprox-0.74textMPa

因此，植物叶片水势Psi_w=-0.74 MPa。

三组平行实验计算结果一致，无数据偏差，进一步验证了实验结果的可靠性。

四、结果与分析

从三组平行实验结果可知，0.1mol/L蔗糖溶液中，三组小液流均上浮；0.2mol/L蔗糖溶液中，两组上浮、一组微上浮，均说明鹅掌楸叶片水势低于该浓度溶液水势，叶片失水导致溶液浓度降低、比重减小。

0.4mol/L蔗糖溶液中，两组下沉、一组微下沉；0.5mol/L蔗糖溶液中，三组均下沉，均说明叶片水势高于该浓度溶液水势，叶片吸水导致溶液浓度升高、比重增大。0.3mol/L蔗糖溶液中，三组实验小液流均呈悬浮状态，无任何偏差，可确定该浓度为鹅掌楸叶片的等渗浓度，排除了偶然因素对实验结果的影响。

平行实验中，0.2mol/L出现微上浮、0.4mol/L出现微下沉的现象，符合渗透作用的浓度梯度变化规律，说明溶液浓度越接近等渗浓度，叶片与溶液间的水分交换量越小，溶液密度变化越微弱，也进一步印证了0.3mol/L等渗浓度判断的合理性。

五、结论

1.本实验通过小液流法并增设两组平行实验，成功且精准确定了鹅掌楸叶片的等渗蔗糖浓度为0.3mol/L，计算得出其叶片水势为-0.74 MPa，平行实验无数据偏差，结果具有高度的准确性和可重复性。

2.实验验证了小液流法测定植物水势的可行性，该方法基于渗透作用原理，操作简便、成本低廉，适合基础植物生理学实验教学；同时证明平行实验的设置是排除偶然误差、提升实验结果可靠性的有效手段，可为基础生物实验提供方法参考。

3.供试鹅掌楸叶片水势为-0.74 MPa，处于植物正常水势范围，表明植株仅受轻度水分胁迫，水分代谢基本正常，无明显干旱损伤。

六、参考文献

[1]潘瑞炽.植物生理学（第7版）[M].北京:高等教育出版社, 2012。

[2]张志良,瞿伟菁.植物生理学实验指导（第4版）[M].北京:高等教育出版社, 2009。

[3]王忠.植物生理学[M].北京:中国农业出版社, 2010。