1.课题背景

一、“科探方舟 ”项目

“科探方舟”是徐州一中与中科院携手合作的结晶，由中科院京区科协牵头设计，是一个极具特色的品牌科学产品。它以探究性科学实验装置为依托，同学们在专业探究课程专家的引领下开展“小课题研究”，以此涵养学生科学精神、提升科学素养。

“科探方舟”宛如一个功能完备的微型实验室，是一个综合性的探究性教学集成包，涵盖生命科学、资源环境等十个不同领域的课题。这些课题内容广泛，涉及水质差异与硬水软化、射电天文望远镜工程、桥梁承载能力、住宅日照间距、种子催芽剂、风力发电等多个方面。它们紧密联系当下生活和生产实际，源自同学们的所见所闻、所思所想，都是真实且具有研究价值的问题，不仅具备前瞻性，而且目的性和计划性十分明确。比如在研究种子催芽剂课题时，学生能通过实验探究不同催芽剂对种子发芽的影响，这直接关联到农业生产中的播种环节。

“科探方舟”的核心目标是培育学生的创新思维、合作精神与沟通能力，助力学生提升科学素养。高中阶段是塑造学生创新思维的关键时期，小课题研究则是严谨的科学实践活动。让学生从高中起就养成科学家式的思维习惯意义重大。 在“科探方舟”项目中，学生需要自主学习相关理论知识，亲自动手实验操作。在实验过程中，团队成员分工合作，共同克服遇到的难题。完成实验后，还要进行成果汇报与答辩，接受老师和同学们的提问与建议。通过这一系列流程，学生的视野得以拓宽，灵感不断激发，创新意识和动手实践能力显著增强，综合科学素养得到全方位提升，为未来成长为社会急需的创新型人才筑牢根基，使他们在未来无论是投身科研领域，还是参与其他行业建设，都能凭借在 “科探方舟”积累的能力与素养，展现出卓越的才能。

二、课题简介

水，无疑是植物生命活动的核心要素，在植物细胞鲜重中占比超三分之二，全方位主导着植物的生长、发育与生存进程。从细胞层面看，水是诸多生化反应的优质介质，其高汽化热与比热特性，对调节植物体温意义重大，还能维持细胞紧张状态，确保植株挺立、叶片舒展，为光合作用创造有利条件。

在植物体内，水的吸收与运输机制精密而复杂。植物主要通过根系吸水，水分经根毛进入，在根皮层、内皮层间辗转，最终抵达木质部导管，随后沿茎木质部导管、叶脉导管，进入叶肉细胞，部分用于代谢，部分则通过蒸腾作用散失到大气中。而植物水势，作为理解这一系列过程的核心，代表着单位体积内水的自由能差，水总是顺着水势梯度，从高水势区域流向低水势区域。

本课题围绕 “同种植物的植物水势”展开深入探究，旨在精准揭示同种植物在不同生长环境下，以及新叶与老叶之间水势的差异规律。实验精心选用冬青、蔓绿绒、葡萄、香樟等植物叶片，借助小液流法进行精准测定。实验过程中，模拟干旱、盐碱等特殊环境，对不同条件下植物水势变化展开对比分析；同时，针对新叶与老叶水势开展差异化研究。

研究最终发现，同种植物新叶水势低于老叶。这是因为新叶代谢旺盛，细胞内溶质丰富，溶质势较低，使得整体水势更低。而在恶劣环境下，植物为减少水分散失、维持体内水分平衡，细胞会积累溶质，降低水势，以增强从外界吸水的能力，故而植物水势更低。

该研究成果为科学农业提供了重要理论支撑。在农业生产中，种植规划时可依据植物水势特性，挑选适宜当地环境的作物品种；灌溉管理方面，借助对植物水势的监测，能精准把握灌溉时机与水量，避免水资源浪费；合理施肥上，了解植物水势与肥料吸收运输的关联，可优化施肥策略，提高肥料利用率。这一系列应用，有助于推动农业生产朝着科学化、高效化方向大步迈进。

2.研究过程

怀着激动的心情，我收到了徐州一中送给我的一份礼物，一把打开科学探索之门的钥匙——科探方舟盒子。分到“植物水势 ”课题并拿到实验材料时，我的内心中充满着期待与激动，看着眼前的实验仪器和材料，脑海里满是即将开展实验的画面。我深知这是一次难得的探索机会，于是下定决心，一定要全力以赴，在这个课题研究中干出一番成绩。

1. 探究植物新叶与老叶的水势差异

1.1 配置不同浓度蔗糖溶液

首先，准备好蔗糖固体、蒸馏水、电子秤、100mL 容量瓶、玻璃棒、药匙等实验仪器与试剂。使用电子秤准确称取不同质量的蔗糖固体，按照浓度梯度需求，分别将其放入100mL 容量瓶中。加入适量蒸馏水，用玻璃棒搅拌，使蔗

糖充分溶解。待蔗糖完全溶解后，继续加蒸馏水至容量瓶刻度线，摇匀，配制成一系列具有一定浓度梯度的蔗糖溶液，如 0. 1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L等，为后续实验做好准备。

1.2 采摘不同植物的新叶与老叶，通过小液流法多次测定植物水势，取平均值

选择生长状况良好的冬青、蔓绿绒、葡萄、香樟植株，用剪刀小心地分别剪下新叶与老叶。采摘后，迅速将叶片带回实验室。

准备好离心管、打孔钳、移液管、滴管、镊子等实验器材。用打孔钳在新叶和老叶上分别打下大小一致的叶圆片，尽量保证叶圆片完整且无破损。用移液管向多个离心管中分别加入等量不同浓度的蔗糖溶液，每个浓度设置多个重复。使用镊子将叶圆片放入装有蔗糖溶液的离心管中，确保每个离心管中叶圆片数量相同，且叶圆片完全浸没在溶液中。将离心管放置在相同的适宜环境条件下一段时间，使叶圆片与蔗糖溶液充分进行水分交换。

一段时间后，向每个离心管中加入少量亚甲基蓝粉末，轻轻摇匀，使溶液染色。用滴管吸取离心管底部的蓝色溶液，缓慢地滴入对应浓度的未加叶圆片的蔗糖溶液表面。观察蓝色液滴的移动方向，如果液滴下沉，说明叶圆片细胞液浓度 大于该蔗糖溶液浓度，植物水势低于该蔗糖溶液水势；如果液滴上浮，说明叶圆片细胞液浓度小于该蔗糖溶液浓度，植物水势高于该蔗糖溶液水势；如果液滴静止不动，则说明叶圆片细胞液浓度与该蔗糖溶液浓度相等，此时蔗糖溶液的水势即为植物水势。对每种植物的新叶与老叶，在每个浓度的蔗糖溶液中都进行多次测定，记录数据。重复上述实验步骤多次，取平均值，以减小实验误差。

1.3 分析数据，总结结论

对多次测定得到的数据进行整理，将不同植物新叶与老叶在各浓度蔗糖溶液中的水势数据进行汇总。通过对比分析同种植物新叶与老叶的水势数据，观察两者之间的差异情况。运用统计学方法，如计算平均值、标准差等，对数据的可靠性进行评估。根据数据分析结果，总结同种植物新叶与老叶水势的差异规律，判断新叶和老叶在吸水能力上的差异，并结合植物生理学知识，分析产生这种差异的原因。

2. 探究同种植物在不同生长环境下的水势差异

2.1 将同种植物分成 A 、B 、C 三组，模拟干旱、盐碱生长环境

选取生长状况相似、大小相近的同种植物若干株，随机平均分成 A、B、C 三 组。A 组模拟干旱环境，在实验期间不进行浇水处理；B 组模拟盐碱环境，每天给植株浇 30mL 0.03g/mL 纯碱溶液；C 组作为对照组，每天浇30mL 自来水。将三组植物放置在相同的光照、温度、通风等环境条件下，持续培养一周，使植物在不同环境下生长并适应。

2.2 配置不同浓度蔗糖溶液

与探究植物新叶与老叶水势差异实验中的配置方法相同，准备好实验仪器与试剂，配置一系列不同浓度的蔗糖溶液，确保溶液浓度的准确性和稳定性，为后续测定植物水势提供条件。

2.3 采摘不同生长环境条件下的植物叶片，通过小液流法测定植物水势

一周后，分别从 A 、B 、C 三组植物上采摘生长部位相似、叶片大小相近的叶片。按照探究植物新叶与老叶水势差异实验中测定水势的方法，使用打孔钳制取叶圆片，将叶圆片放入不同浓度的蔗糖溶液离心管中，进行水分交换、染色、 观察蓝色液滴移动方向等操作，测定不同生长环境下植物叶片的水势。对每组植物叶片，在每个浓度的蔗糖溶液中都进行多次测定，详细记录每次测定的数据。

2.4 分析数据，总结结论

整理三组植物叶片在不同浓度蔗糖溶液中的水势数据，将正常环境（C 组）、干旱环境（A 组）和盐碱环境（B 组）下的植物水势数据分别进行统计分析。

对比不同环境下植物水势数据的差异，分析干旱和盐碱环境对植物水势的影响。 通过数据分析，总结同种植物在不同生长环境下的水势变化规律，探讨植物在恶劣环境下通过调节水势来适应环境的机制，为深入理解植物与环境的相互关系提供实验依据。

3.课题报告

关于同种植物植物水势的研究

孙言龙

【摘要】本研究探讨了同种植物在不同生长环境条件下的水势差异，以及新叶与老叶之间的水势差异。水是植物细胞中最重要的化合物之一。植物中水的运动与植物水势有关，研究植物水势对于理解植物的水分吸收和运输机制具有重要意义。实验采用小液流法测定植物水势，发现同种植物新叶的水势通常低于老叶，表明新叶渗透压更高，更易吸水。同时，同种植物在干旱、盐碱等恶劣环境下生长时，植物水势值也更低，这是植物为了适应恶劣环境，保持更低的水势以获得充足水分的一种机制。研究成果可为科学农业提供理论依据，通过植物水势的知识和规律来促进农业生产，如合理种植、灌溉和施肥等。

【关键词】植物水势；小液流法；植物生理学；科学农业。

一、研究背景

水是植物细胞中最重要的化合物之一，占植物细胞鲜重的三分之二以上。在自然界中水总是遵循着往低处流的规律。而在植物体内水是如何从根系吸收自下而上的运输到植物各个组织的？

自然界中，水总是从高处（重力势高）往低处（重力势低）流，说明势能是决定水的运动方向的关键因素，植物中水的运动也一定和某种植物水势有关。

本研究的主要目的是探究决定植物水势大小的因素，总结普遍规律，并将得到的规律运用到实际农业生产与生活中，为生产生活中一些操作提供理论依据、分析植物生长状况，通过植物水势的知识和规律促进科学农业。

二、实验材料

1.实验植物：冬青、蔓绿绒、葡萄、香樟叶片，自行采摘。

2.实验仪器：离心管、打孔钳、移液管、100mL 容量瓶、滴管、烧杯、洗耳 球、镊子、药匙、玻璃棒、电子秤。

3.试剂：蔗糖固体、亚甲基蓝粉末、蒸馏水。

三、研究过程

1. 探究植物新叶与老叶的水势差异

1.1 配置不同浓度蔗糖溶液。

1.2 采摘不同植物的新叶与老叶，通过小液流法多次测定植物水势，取平均值

1.3 分析数据，总结结论。

2. 探究同种植物在不同生长环境下的水势差异

2.1 将同种植物分成 A、B、C 三组，A 组不浇水，B 组每天浇30mL 0.03g/mL 纯碱溶液，C 组每天浇 30mL自来水，持续一周，模拟干旱、盐碱生长环境。

2.2 配置不同浓度蔗糖溶液。

2.3 采摘不同生长环境条件下的植物叶片，通过小液流法测定植物水势。

2.4 分析数据，总结结论。

四、结果与分析

通过表 1 可以看出：对于同种植物，新叶的水势往往低于老叶水势，也就是说，新叶渗透压更高，更易吸水。

查阅资料，我们得到：新叶往往代谢更加旺盛，对水分的需求较高，维持较低的水势有利于新叶获得充足的水分，以保障其正常生长。

通过表 2 可以看出：同种植物在干旱、盐碱环境下生长的环境下生长时比在正常环境下生长时的植物水势值更低。

经过分析，我们得到：植物在恶劣条件下生存时水势更低，因为在恶劣环境下只有保持更低的水势才能获得充足水分，正常生长。

表 1 同一植物新叶与老叶的植物水势大小差异

表 2 同种植物在不同生长环境下的的植物水势大小差异

五、结论

通过以上实验，我们得到：

1. 不同植物的水势有所不同；

2. 同种植物新叶水势通常低于老叶；

3. 同种植物在恶劣环境下植物水势通常会更低。

究其根本：植物水势大高低大小取决于对水分的需求量。水势越低，越容易吸水，所以植物在代谢旺盛的时期或者环境恶劣时会保持较低的水势，有利于维持正常的生理活动，满足生命需求。

六、实际应用与展望

1.在盐碱地等较恶劣的环境下，土壤的水势过低，一般农作物很容易失水死亡，可以选用一些水势较低的作物种植，配合改良土地的方法，逐年改良土地环境。

2.通过植物水势也可以来确定植物的水分亏缺程度、抗旱性强弱等指标。 植物水势越低，意味着对水分的需求量更大。故可以通过对植物水势的分析来进行合理种植，合理灌溉。

3.施肥过多时，会导致农作物严重失水发生质壁分离，发生“烧苗 ”现象。所以施肥时，可以根据植物水势计算所需的化肥量，实现科学施肥。

七、参考文献

[1]Taiz L, Eduardo Z(2015) .宋纯鹏, 王学路, 周云译.植物生理学.第 5 版.科学出 版社

[2]付晓玥,梁存柱(2012) .干旱与半干旱区一年生植物水势对模拟降水变化的响应 [J]. 内蒙古大学学报(自然科学版), (2):168-171

[3]刘欣.植物水势研究与应用综述[J] .吉林林业科技(2015),(4):35-37

[4]马艳荣(2015) . 蓄水坑灌条件下苹果树叶水势变化规律及其影响因素的研究 [D]

[5]陈彦, 朱奇(2007) . 植物组织水势测定实验的改进[J]. 植物生理学通讯, 43(1) :153~ 154

附录

配置一定物质的量浓度的蔗糖溶液