木質部內物質上升的原理 - 科學Online
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蒸散作用是植物體內水分上升最主要的動力。
當水分由氣孔蒸散出去時,會造成鄰近葉肉部位的水分含量減少,換句話說,蒸散作用會使該處壓力下降 ...
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木質部內物質上升的原理(Xylem)
臺北市立建國高級中學生物科朱芳琳老師/國立臺灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯
當水分進入植物根部中柱內的木質部後,便開始進行長程的運輸,這段運輸的過程可能長達數十公尺,例如在澳洲,曾記錄過有樹高超過130公尺的尤加利屬植物。
究竟植物是以何種力量將水向上推升呢?答案是根壓的推力與蒸散作用的拉力。
根壓
根壓的產生主要是因為植物中柱與土壤間的滲透壓差異,而這個差異產生的原因又與內皮層上的卡氏帶有關。
因為卡氏帶的阻擋,礦物質分子被根部細胞以主動運輸的方式送入中柱,因而增加了中柱的滲透壓,同時也造成水分被動流入中柱。
進入中柱的水分,又因卡氏帶阻擋無法任意向外擴散回皮層,於是在中柱的導管中便產生了一股正壓,將水柱沿著導管向上推升,此即為根壓。
根壓可以在切斷莖的植物觀察到,水分由莖部切口冒出來的現象,就是根壓造成的。
但因為根壓的力量並不是很大,通常只在小型的草本植物與少數木本植物可以觀察得到,對於大型的木本植物的木質部運送影響很少。
蒸散作用
蒸散作用是植物體內水分上升最主要的動力。
當水分由氣孔蒸散出去時,會造成鄰近葉肉部位的水分含量減少,換句話說,蒸散作用會使該處壓力下降而形成負壓,因此對維管束中水柱產生一股吸引力,只要水柱是連續的,此負壓可以經由葉脈傳遞到根部,將水一路由根部向上拉至葉肉細胞中。
此理論可經由樹徑記錄器得到證實,在夜晚當蒸散作用減緩時,先測量樹木的直徑,到了清晨蒸散作用開始,可以發現樹木的直徑開始縮小,此種現象最先出現於上側靠近葉片處,然後逐漸往下傳遞。
這是因為莖本身具有輕微的彈性,當水柱產生向上的吸引力時,將導管內壁向內拉,使得樹木的直徑縮小。
另外,由於木質部的導管與假導管的管徑都很細,因此毛細作用也有助於使水柱上升。
毛細作用主要源自於水分子與管壁間的附著力、和水分子本身的表面張力(源自於水分子的內聚力)兩者有關。
當水分子被管壁上的極性分子向上吸引而向上流時,水分子本身強大的內聚力則會使毛細管腔中的水也往上拉。
由此可知,蒸散作用產生的拉力之所以可以繼續維持,重點在於木質部內水柱的完整性,若是導管內出現水泡打斷了水分子間的內聚力,將使得水柱無法繼續上升。
在日常生活經驗中,購買切花回家,最好要先修剪莖部,再插入花瓶中,目的便是防止莖底部可能產生的空氣,使水柱不連續,而造成切花提早枯萎。
Tags:Xylem,木質部,根壓,蒸散作用
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