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.关于植物水势的课题研究

徐州市第一中学高一12班 葛雯琪，姚润涵，沙语欣，王诗涵，王一鸣

【摘要】

本课题以植物叶片为研究对象，通过配制不同浓度蔗糖溶液、测定植物叶片水势、比较新叶与老叶水势差异三组实验，探究植物水势的基本特征与影响因素。结果表明，蔗糖溶液浓度与渗透势呈正相关，可作为水势测定的有效梯度体系；植物叶片水势表现为负值，能够客观反映其水分生理状态；同一植株新叶水势显著高于老叶，叶龄对植物水势存在明显影响。研究结果可为植物水分代谢研究、生理实验取样规范及抗旱性，滞尘性评价提供基础数据与理论参考。

【关键词】植物水势；蒸发量；水分生理；

一、研究背景

水是植物生命活动的核心物质，植物水势，一般是指水的化学势，是推动水在生物体内移动的势能。当溶液越浓，水势就会越低，因此负值越大。水总是从水势高处流向水势低处；由于水势的差异，水在土壤一植物一大气连续体中一般都是从土壤流向植物再流向大气。这种动力来源可直接反映出植物水分亏缺程度抗旱性强弱，是最常用的水分生理指标之一。在全球气候变暖、极端干旱频发的背景下，植物水势已成为解析植物水分适应机制、指导水资源高效利用的科学抓手。

我国水资源时空分布极不均衡，北缺南丰、夏汛冬枯，干旱半干旱区占国土面积超40%，华北、西北与西南喀斯特地区长期面临缺水与生态脆弱双重压力。农业用水占全社会用水量七成以上，传统经验灌溉效率偏低、水资源浪费突出，北方草原、荒漠植被与西南喀斯特植被更是受干旱胁迫，植被退化、水土流失风险加剧，生态修复亟需精准的水分调控依据。

随着我国节水优先、生态修复、智慧农业等战略深入实施，以植物水势为核心的水分生理研究，成为衔接基础科学与生产应用的重要纽带。开展植物水势研究，既能揭示不同生境植物的抗旱节水机制，为抗旱育种、生态植被重建提供理论支撑；也能为精准灌溉、水肥管理、城市节水绿化提供量化指标，助力缓解水资源矛盾、保障生态与生产用水安全，具有重要的理论价值与现实意义。

因此，本课题对植物水势进行研究，有两个实验目的。一是掌握小液流法，结合亚甲基蓝溶液测定植物叶片水势的原理与操作。二是对比同一植株上新叶与老叶的水势差异，明确叶片龄期对水势的影响以及不同水势对于滞尘能力的影响。

实验一、配置不同浓度的蔗糖溶液，从而形成不同的环境条件进行研究。

实验二、通过测定叶片植物水势，掌握小液流法测叶片水势，探究蔗糖浓度与植物水分状况的关系。

实验三、通过观察探究同一植物新叶与老叶的植物水势差异，揭示叶片发育阶段对植物水分状况及生理活性的影响。

二、实验材料

1、实验材料：杨树叶， 大叶女针叶，玉米叶，34.2克蔗糖

2、实验仪器：100毫升容量瓶，烧杯，钥匙，滴管，镊子，打孔器，医用手套，离心管，玻璃棒，移液管，试管架

3、实验试剂：蒸馏水，亚甲基蓝

三、研究过程

课题一、配置不同浓度的蔗糖溶液

具体步骤：

1，配置溶液步骤：

(1）在电子秤上垫上称量纸，归零后精确称量34.2g蔗糖。

(2）将称量后的蔗糖放入烧杯，导入80~90mL蒸馏水，用搅拌棒充分搅拌至蔗糖全部溶于水中。

(3）通过搅拌棒将烧杯内的蔗糖溶液引流至容量瓶中，再用少量蒸馏水通

过搅拌版引流到容量瓶中（为将搅拌棒上残留蔗糖引入容量瓶中）。

(4）容量瓶内溶液将到刻度线时停止引流，改用滴管精确滴水到溶液液面下凹处与刻度线相切为止。(5）盖上容量瓶盖子，上下颠倒三至四次，使溶液完全均匀。

(6）若溶液下凹处又与刻度线不相切，继续滴蒸馏水重复（5）步骤。(7）将容量瓶内的蔗糖溶液倒入备好的烧杯或容器中，得到100mL1mol/ L蔗糖溶液。

2、通过配置的蔗糖溶液分别再配制出不同浓度的蔗糖溶液。（注意编号）

配置不同浓度梯度蔗糖溶液步骤：

(1）用1号移液管取1mL蔗糖溶液放入离心管中。

(2）用2号移液管取9mL蒸馏水放入离心管中。

(3）重复（1)(2）步骤，每次取蒸馏水和蔗糖溶液根据所需比例不同，注意1号移液管只能量取蔗糖溶液，2号移液管只能量取蒸馏水，切记不可弄混。

课题二：测定叶片植物水势

具体步骤：

1．叶片采集与预处理

(1）在长期无雨后（确保粉尘充分累积）的同一时间，于车流量相似的路段，分别采集不同植物的健康成熟叶片。

(2）每种植物采集足够数量的叶片，分为两份：一份用于测定水势，另一份用于测定滞尘量。

(3)采集适量待测植物叶片。

(4）取5支离心管，编号B1~B5。

(5)用打孔器在所选叶子的不同部位打100片，混匀，每个离心管各放入20片（打孔要迅速，避开叶脉，选边缘整齐无破损的叶片）。

(6)从配置好的蔗糖溶液离心管中各取2mL到相应的离心管中（用一只移液管由低浓度至高浓度，不要润洗）。放置20~30分钟，期间摇动数次，以加速水分平衡。

(7)染色：用药匙末端沾入微量甲烯蓝粉末稍稍放入有叶片的离心管中，摇匀，溶液变蓝（加入的甲烯蓝量一定要少，使各瓶中颜色基本一致）。

(8）观察液滴升降：用滴管各取B1~B5离心管有色液，排除滴管尖端空气柱，缓慢深入相应离心管（A1~A5）中部，缓慢从滴管尖端放出一滴蓝色溶液，轻轻取出滴管，观察蓝色液滴的移动方向并记录。（用白纸划一直线于离心管背面，方便观察）

2．植物叶片水势的测定使用"小液流法"精确测定每种植物叶片的水势。

(1)分别观察不同浓度中有色液滴的升降，找出与组织水势相当的浓度，根据原理公式计算出该片叶子组织的水势。

3.计算：

a．若在给定蔗糖浓度范围内，随着蔗糖浓度的升高，液滴出现由下沉到停止不动到上浮的现象，则记录液滴停止不动时的浓度，根据uS =- iCRT计算叶片水势；

b．若液滴在给定蔗糖溶液浓度范围内全部上浮，表明叶片的水势高于外界溶液的水势，需要配更低浓度的蔗糖溶液梯度，进行实验并计算植物组织的水势；

c．若液滴在给定蔗糖溶液浓度范围内全部下沉，表明叶片的水势低于外界溶液的水势，需要配更高浓度的蔗糖溶液，即重新配高于最高浓度的蔗糖溶液浓度梯度，进行实验并计算植物组织的水势。

注意事项：

a.甲烯蓝不宜加得过多（溶液呈稍深的蓝色即可），否则将使实验组各管中溶液的比重均加大。

b.蔗糖溶液用前一定要摇匀，时间放久了的蔗糖溶液会分层，影响结果。

c .释放蓝色液滴时要缓慢，防止过急挤压冲力影响液滴移动。

课题三观察探究同一植物新叶与老叶的植物水势差异

1．材料准备

(1)选取生长健康、长势一致的同种植物植株，分别选取功能旺盛的新叶（顶端幼嫩叶片）和成熟老叶（下部完全展开的成熟叶片），去除表面灰尘，保持叶片自然状态。

(2)同时准备0.1~0.5 mol / L系列浓度蔗糖溶液、试管、移液管、滴管、烧杯等实验器材。

2．分组编号

(1)取若干洁净试管，分为新叶组和老叶组，每组对应不同蔗糖浓度，依次编号并记录对应浓度。

(2)向各试管加入等量对应浓度的蔗糖溶液，密封静置，避免水分蒸发影响浓度。

3．叶片处理

(1)分别取新叶和老叶，切成大小相近、质量均匀的小块或细丝，避免主叶脉。

(2)随机分配至对应试管中，确保叶片材料完全浸没在蔗糖溶液内，室温静置相同时间，使水分交换达到平衡。

4．观察与测定

(1)采用小液流法或质壁分离法，观察并判断叶片细胞在不同蔗糖浓度下吸水、失水状态，确定叶片水分进出平衡时的蔗糖浓度，记录各组平衡浓度。

5．数据记录与计算

(1)根据平衡浓度计算新叶与老叶的水势，记录数据并整理，对比同一浓度下两种叶片的生理反应差异。

6．重复实验

(1)每组实验设置3次重复，排除偶然误差，提高结果可靠性。

7．结果分析

(1)对比新叶与老叶水势数值，分析叶龄对植物水势的影响，得出实验结论。

四、结果与分析

课题一结果与分析：

本实验成功配制出系列梯度浓度的蔗糖溶液，各溶液浓度准确、状态均一。实验结果表明，蔗糖溶液浓度与渗透压呈正相关关系，浓度越高，溶液渗透压越大。不同浓度的蔗糖溶液可形成稳定的渗透势梯度，为植物组织水势的测定提供了精准的外界渗透环境，是采用小液流法、质壁分离法测定水势的基础。

该实验验证了溶液浓度与渗透势的定量关系，确保后续植物水势测定实验的准确性与可靠性，也证明了标准蔗糖溶液体系是研究植物水分渗透作用的理想介质。

课题二结果与分析：

通过蔗糖溶液梯度法测定植物叶片水势，结果显示供试植物叶片水势为负值，符合植物细胞水势的基本特征。当外界蔗糖溶液浓度与叶片细胞液浓度相等时，组织水分进出达到动态平衡，据此可计算出叶片实际水势值。实验表明，叶片水势直接反映植物体内水分能量状态与水分亏缺程度，水势越低，说明植物受到的水分胁迫越严重。该实验证实了利用渗透梯度法测定植物水势的可行性，也明确了水势作为评价植物水分生理状况核心指标的科学性，为判断植物健康状态与水分需求提供了可靠依据。

由此可知：以风沙土为主要土质的荒漠环境下，不适合植物生长，因为无法持续、充足的提供植物生长所需的水分。

表1-1不同浓度蔗糖溶液中有色法滴的移动情况实验记录表

课题三结果和分析：

同一植物新叶与老叶水势差异实验结论对比同一植株新叶与老叶水势发现，二者存在极显著差异：新叶水势明显高于老叶，水势绝对值更小。新叶细胞代谢活跃、含水量高、生理功能旺盛，因此维持较高水势；老叶组织衰老、细胞含水量降低、原生质胶体特性改变，水势显著偏低。实验证明，叶龄是影响植物水势的重要内部因素，叶片发育阶段直接决定其水分保持能力与水分生理特征。该结论为研究植物器官发育与水分利用规律提供了实验支撑，也为植物生理研究中统一取样部位、保证实验可比性提供了重要参考。

通过以上实验，比较同一植物叶片新老叶的水势，发现同一植物叶片老叶和新叶间植物水势不同。

举例：油点百合植物其老叶植物水势低，新叶植物水势高

分析原因：

①细胞内含水量不同，新叶细胞饱满，原生质层活性高，含水量高，（液浓度高于渗透压强）。

②代谢与蒸腾作用（新叶光合，呼吸代谢旺盛，根系供水优秀）

③渗透调节能力强（新叶可主动积累可溶性糖、氨基酸等渗透物质，维持高渗压和高水势）

五、结论

综合三项实验结果可以得出，植物水势是反映植物体内水分状况、细胞生理活性及环境适应能力的重要指标。

课题一：通过配制不同浓度的蔗糖溶液，建立渗透梯度体系，为植物水势的准确测定提供了可靠基础，证明溶液浓度与渗透势存在显著正相关关系。

课题二：利用蔗糖溶液法测定植物叶片水势，结果显示植物叶片水势均为负值，能够直观体现植物细胞的吸水与失水状态，可用于判断植物的水分生理状况。

课题三：对比同一植株新叶与老叶的水势差异，发现新叶水势明显高于老叶，说明叶龄、器官发育程度是影响植物水势的重要内部因素。

三项实验相互印证，全面揭示了植物水势的基本特征与影响规律。从环境意义来看，植物水势研究对生态保护、节水农业及城市绿化具有重要的现实价值。在自然环境中，通过监测植物水势变化，能够快速判断植被是否受到干旱胁迫，为干旱区生态修复、森林保护与荒漠化治理提供科学依据。在农业生产中，植物水势可作为精准灌溉的重要指标，减少水资源浪费，提高水源利用效率，保障我国节水农业与粮食安全建设。

随着全球气候变暖和极端天气增多，我们相信，植物水势研究会将在抗旱育种、生态预警、水资源优化配置等方面发挥更大作用，为改善生态环境、促进人与自然和谐发展提供重要理论与技术支撑。

六、参考文献

期刊类:

[1]《干旱、盐胁迫下的植物水势研究与进展》-《中国沙漠》期刊4。

[2]《基于叶片水势的内蒙古典型草原植物水分适应特征研究》-《生态学报》期刊1213。

[3]《巴丹吉林沙漠典型植物水势与导水率的时空变化》-《生态学杂志》期刊16。

[4]《植物组织水势的测定》- Bio-protocol17。

期刊类：

[5］何兴东，高玉葆，任安芝．植物水势系数及其应用实例［J ]．南开大学学报自然科学版，2003,36(4):89-92.

[6］王振英．小液流法测定植物水势毛细玻璃滴管的改进[ J ].实验技术与管理，1998(6):60-61.

[7］黄爱霞．小液流法测定植物水势的原理及注意事项［J ]．中学生物教学，2011(12):32-32.

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[9]郭连生，田有亮．9种针阔叶幼树的蒸腾速率、叶水势与环境因子关系的研究［J ]．生态学报，1990,12(1):47-52.