【摘要】本研究采用小液流法，对不同植物叶片的水势进行测定与比较，深入探究植物种类对水势的影响及其内在生理机制。实验选取多种具有代表性的植物叶片，运用小液流法精准测定其水势，并详细分析各植物叶片水势差异的成因。实验结果表明，小液流法是一种准确、可靠的测定植物叶片水势的方法，不同植物叶片的水势因自身生理特性和生长环境的不同而呈现显著差异。生物水势课题研究对于揭示植物水分状况与需求，为农业生产灌溉提供参考，以及在植物生理学中作为热力学分析工具，具有重要意义。

【关键词】生物水势；小液流法；生理特性

1.研究背景

植物在维持地球生态平衡、释放氧气、净化空气等方面发挥着不可替代的作用。植物体内的水分平衡对其生长发育和生存至关重要，水势作为衡量植物体内水分状况的关键指标，反映了植物细胞内外水分压力的差值，对植物的生理代谢、生长发育以及抗逆能力有着深远影响。精准测定植物叶片水势，对于理解植物水分调节机制、提升植物抗逆性能以及优化农业生产管理意义重大。

水势可通俗理解为水的流动趋势。液态水总是自发地从高处流向低处，因为高处重力势能高，低处重力势能低。同样，水也总是自发地从溶质含量少的溶液流向溶质含量多的溶液，原因是前者化学势能高于后者。溶质分子或离子与水分子相互作用，消耗了部分化学势能，溶液的化学势能即为水势。所以，溶液浓度越低，水势越高，反之亦然，纯水的水势最高。植物水势指在等温等压条件下，组织内含水与纯水之间的化学势差，它反映了植物的吸水能力。组织水势越低，吸水能力越强，植物根系借此从土壤溶液中吸水，枝叶则从根部拉升水以补充蒸腾损耗。从吸水、拉升水的角度看，植物水势也可理解为负压。植物细胞通过中央大液泡调节水势，吸水膨胀后对细胞壁产生膨压，细胞壁则以弹性张力平衡膨压，两者相互作用维持细胞的膨胀状态，从而保证幼嫩枝叶挺拔伸展而不萎蔫。因此，水势测定是研究植物水分生理和抗旱能力的重要手段。植物水势是植物细胞中水分的势能，是细胞内外水分传递和营养运输的驱动力之一，直接影响植物的水分吸收、运输和利用效率，进而作用于植物的生长发育和生理代谢过程。在干旱、盐害等逆境条件下，植物水势变化尤为明显，成为植物适应环境的重要生理响应之一。

目前，测定植物水势的方法丰富多样，包括压力室法、小液流法、热电偶法、露点法等。其中，小液流法因操作简便、结果直观且成本较低，在植物生理学研究中得到广泛应用。小液流法通过观察植物组织在不同浓度蔗糖溶液中的液流情况来推断植物水势，具有较高的准确性与可靠性。

本研究旨在运用小液流法测定不同植物叶片的水势，探讨植物种类对水势的影响及其生理机制。通过对比分析不同植物叶片的水势差异，深入了解植物的水分调节机制及其对环境变化的响应策略。同时，本研究也将为优化农业生产管理、提高植物抗逆性能提供科学依据与技术支持。

2.实验材料

2.1实验植物叶片：绿萝叶片、桂树叶片、枇杷叶、怪柳叶（小区中植物）

2.2实验仪器：离心管、试管架、胶头滴管、搅拌棒、移液管、容量瓶、打孔器、橡胶手套（试验箱配备仪器）电子天平（凯丰电子）

2.3试剂：蔗糖、蒸馏水、亚甲基蓝（试验箱配备试剂）

3. 研究过程

3.1蔗糖溶液的配制

3.1.1配制 1mol/L 蔗糖母液：

精确称取 34.2g 蔗糖，置于 100mL 容量瓶中，用蒸馏水定容，配制成 1mol/L 的蔗糖溶液，存放于 150mL 试剂瓶中并标记备用。具体步骤如下：

将 34.2g 蔗糖置于 100mL 烧杯中，加入 80 - 90mL 蒸馏水，用玻璃棒充分搅拌，直至蔗糖完全溶解。

借助玻璃棒将烧杯中的蔗糖溶液引流至容量瓶中，再用少量蒸馏水（10 - 20mL，依据前一步首次添加蒸馏水的量而定，总量需小于 100mL）冲洗烧杯和玻璃棒，随后通过玻璃棒引流至容量瓶。

当容量瓶内溶液加至距刻度线 1 - 2cm 处时，停止引流，改用滴管小心滴加，直至溶液凹液面底部与刻度线相切（视线与凹液面最低处保持水平）。

盖上瓶塞，用掌心顶住瓶塞，另一只手的手指托住瓶底，将容量瓶反复倒转振荡数次，使溶液充分混合均匀。

将配好的蔗糖溶液倒入干净的 150mL 试剂瓶中备用，即得到 100mL 1mol/L 蔗糖母液。

3.1.2配制不同浓度的蔗糖溶液：

准备干净的离心管，依次编号为 A1 - A5。按照表 1 所示，使用移液管分别量取不同体积的蔗糖母液和蒸馏水（若仅有一根移液管，需先取蒸馏水分别放入对应离心管，再取蔗糖母液，以确保相互不干扰，不影响浓度），混合均匀。

计算所配蔗糖溶液的浓度，结果记录于表 1 中。

表 1 不同浓度蔗糖溶液配制表

注意事项：

a.配制溶液时，避免用手掌握住容量瓶瓶身，防止体温使液体膨胀，影响容积准确性（对于容积小于 100mL 的容量瓶，可不托瓶底）。

b.确定最终加水量时，保持视线、凹液面最低端和刻度线平齐。

c.配好的溶液需及时转移至试剂瓶中存放，并及时清洗容量瓶。

3.2探究不同植物叶片水势大小

实验目的：探究不同植物叶片水势大小。

自变量：不同植物。因变量：叶片水势大小。

实验步骤：

a.植物叶片准备：

取 5 支 10mL 离心管，编号为 B1 - B5。

采集适量植物叶子（根据实验所需叶圆片数量确定）。

用打孔器在所选叶片的不同部位打出 100 个叶圆片（打孔过程要迅速，防止叶片水分蒸发；注意避开叶片主脉），将取自植物不同部位的小圆片混匀，在每个离心管中放入 20 片（选取边缘整齐、无破损的叶片）。

b.叶片放入不同浓度蔗糖溶液中：取用上述配制的蔗糖溶液各 2mL，分别对应加入 B1 - B5 的离心管中（A1 溶液加入 B1，A2 对应 B2，以此类推），放置 20 - 30min，期间多次摇动，以加速水分平衡。

c.染色：用药匙末端蘸取微量亚甲基蓝粉末（约 0.1g），轻轻放入装有叶片的离心管中，摇匀，使溶液变蓝（加入的亚甲基蓝粉末量要极少，保证各瓶中颜色基本一致）。

d.观察液滴的瞬间流向：用滴管分别吸取 B1 - B5 离心管中的有色液，插入相应离心管（A1 - A5）中部，缓慢从滴管尖端横向放出一滴蓝色溶液，观察液滴瞬间流向，轻轻取出滴管，将液滴移动方向记录于表 2 中（可在离心管背面放置一张划有直线的白纸，便于观察）。

e.计算叶片水势：根据不同浓度蔗糖溶液中有色液滴的瞬间流向，找出与叶片水势相当的浓度，依据原理公式计算该植物叶片组织的水势。

若在给定蔗糖浓度范围内，随着蔗糖浓度升高，液滴出现由下沉到停止不动再到上浮的现象，则记录液滴停止不动时的浓度，根据 ψS = -iCRT 计算叶片水势。

若液滴在给定蔗糖溶液浓度范围内全部上浮，表明叶片水势高于外界溶液水势，需配制更低浓度的蔗糖溶液，即重新配制低于最低浓度的蔗糖溶液浓度梯度，按照步骤a - e进行实验并计算植物组织水势。

若液滴在给定蔗糖溶液浓度范围内全部下沉，表明叶片水势低于外界溶液水势，需配制更高浓度的蔗糖溶液，即重新配制高于最高浓度的蔗糖溶液浓度梯度，按照步骤a - e 进行实验并计算植物组织水势。

表 2 不同植物叶片在不同浓度蔗糖溶液中液滴移动方向记录表

注意事项：

a.亚甲基蓝不宜添加过多（溶液呈稍深蓝色即可），否则会使实验组各管中溶液比重增大。

b.蔗糖溶液使用前务必摇匀，放置时间久的蔗糖溶液会分层，影响实验结果。

c.释放蓝色液滴时要缓慢，防止因挤压冲力影响液滴移动。

3.3不同植物新老叶片水势

表 3 不同植物新老叶片水势对比表

4.结果与分析

影响植物的水势因素有：

a.在环境和新老程度相同的情况下，不同植物的叶片种类

b.在同一环境的同一植物中，叶片的新老程度

c.在同一植物同一新老程度的情况下，叶片的生长情况（例如土壤中无机盐的浓度和干旱程度等）

d.在其他条件相同的情况下，不同的气候因子以及等水变水行为特征

在自然环境中，植物面临诸多生长逆境，如水分胁迫、盐胁迫、氮胁迫等。在全球气候变暖的大背景下，干旱是植物最常遭遇的生长逆境，相关研究焦点也多集中于此。当植物面临水分胁迫时，需要降低自身水势以从土壤中吸取更多水分，不同植物对水分胁迫的响应方式不同，水势降低幅度和速率也存在差异。然而，即便在不同研究区域，不同植物叶水势的日动态都呈现相似规律：基本格局为白天低夜间高，清晨（6:00 时）达到最高值，最低值出现在 13:00 - 14:00 时。这是因为夜间植物气孔关闭，蒸腾作用基本停止，植物可通过根系吸水使叶水势和土壤水势达到平衡。自然条件下，植物的水分状况由土壤水势和大气水势共同决定，除土壤湿度外，气温、光照、相对温湿度等气象因子对植物水势也有影响。

此外，植物水势还受到其他因子的影响，如土壤含水量、立地条件、阳光辐射等。同时，也与植物自身因素密切相关，如叶面积、根系分布、蒸腾速率、光合速率、气孔调节等。植物水势还与细胞膨压、渗透势、全溶质摩尔数等水分生理参数有关，可通过 P - V 曲线求得。因此，植物水势和 P - V 曲线水分参数关系紧密。通常情况下，等水植物中午水势的变化幅度，或者处理组叶水势与对照组叶水势的差值低于 1.0MPa，变水植物则大于 1.0MPa，可达 3.0 - 4.0MPa，有些物种，如石南属（Erica）植物甚至可达 9.0 - 10.0MPa。目前，多数研究集中在水势及其影响因子间的相关程度、回归关系方面，尚未形成系统的理论体系来解释植物内部的机理关系。

5.结论

小液流法是一种有效且可靠的测定植物叶片水势的方法。通过本实验，成功测定了多种植物叶片的水势，并对其差异及可能原因进行了分析。实验结果表明，不同植物叶片的水势因生理特性和生长环境的不同而存在差异。借助柱状统计图，更直观地展示了不同植物新老叶片水势的差异，这一发现对于深入理解植物的水分调节机制及其对环境变化的响应具有重要意义。

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附录：实验过程中的照片