操作难度:★★
实验方法:
这个题目是不是写错了?没有错。这里说的是大多数高等植物里面的水,被根上的根毛吸进来以后,慢慢运到上面的茎叶花果等部分,满足植物生活的需要。一部分水分又通过叶片散发到空气中去。可以这样说,根毛是植物水分的入口,叶片是植物水分的出口。对小草来说,水的出入口相距很近;对高大的乔木来说,水的出入口相差可达几十米。水为什么能不断地由下而上地流动,是什么力量迫使水在植物体内这样运行呢?
下面我们先做几个简易的实验,重复一些重要的科学结论,再弄清其中的道理。
选择好一枝杨树枝条(或用芹菜),应该是无伤、无病,生长正常的健壮枝条,像铅笔那么粗正好。用枝剪(或剪刀)把它从杨树上剪下来,立即插入盛有水的盆里或桶里。一定让切口浸泡在水里,这样可以防止空气从切口处进入植物导管而形成气栓。这是实验成败的关键。
然后,把枝条下部的老叶子摘掉一些,尖端只留3~7片叶子就行(大叶片留三四片,小叶片留六七片)。在水中把枝条的切口端再剪去一段(约5~10厘米),这样就可以保证切口处不会有空气进入导管了。
然后,你向盛有大半杯清水的茶杯里加入一点红墨水(清水量的1/20左右即可),茶杯里的水很快变红了。这时候,把准备好的枝条,从水里取出来,立即插入茶杯的红水里。最后,把茶杯放在向阳的窗台上。两三个小时以后,你就会发现:杨树枝的叶片,从叶脉开始到整个叶片逐渐都变红了。
同时你也能看到茶杯里的红水也减少了一些。很明显这红水是通过枝条上升到叶片,再经叶片蒸发出去了。水分减少了,留在叶片里的红色颗粒也就越来越多,叶片的颜色就越来越深了。如果放在阴凉不通风的地方,水蒸发得慢,叶片要经过很长时间才能变红。
水沿着枝条上升到叶片,跟叶片的蒸腾作用有关。水分上升,是由于叶片的蒸腾作用,有个向上拉的力量。蒸腾作用强,拉力就大,水在茎内运行就快。上面的实验就说明了这个问题。
那么,水分是从枝条的哪一部分上升的呢?你只要把枝条横切开,再竖切,看看哪个部位变红了,那就是水上升的路线。你也许猜想,准是整个枝条里面都是红色的。可是,切开以后,你会看到只有木质部的导管才是红色的,其余部分一点红色也不染,仍是杨树枝条本来的颜色,可见水是沿导管上升的。
再做一个实验:
找三根长短、粗细都一样的小玻璃管,分别装满土。A管装细土,B管装中等土粒的土,C管装大粒的土。
再找三个瓶盖或培养皿,分别倒入一定量的酒精。把玻璃管插在酒精里,然后,用火柴点燃玻璃管的上口。你马上会看到:A管的火焰最旺,C管的火焰最弱。
这是因为A管里土粒细,土粒和土粒之间的缝隙小而多,这些很小的缝隙上下连接起来,就形成了许许多多弯弯曲曲的毛细管了。酒精就会通过毛细管,上升到玻璃管的上端。土粒越大,它们之间的毛细管就越少,液体上升得就越少越慢,所以火焰就弱了。
而植物体内的导管是由长形的管状细胞上下连接起来组成,形成了许多毛细管,从而形成引水上升的现象。
这样看,由于根毛细胞内的溶液浓度大于土壤溶液的浓度,水通过细胞膜进入细胞,又进入导管。那么,水从导管源源不断地上升到叶片又是靠的什么力量呢?除上面讲的叶片具有蒸腾作用和毛细现象以外,还有一个最主要的动力就是根压。什么是根压呢?
你再做个观察实验就明白了。把一株向日葵的小苗(其他植物幼苗也可以),剪去紧贴地面的幼茎。过一会儿,就看到茎端冒出液滴(也叫做伤流)。可见根部有压力,水才能由下向上走。如果有条件的话,你向老师借个压力计,用小橡皮管把茎端和一个压力计连接起来,就会看到在压力计上有一定的压力指示,这就是根压。
知识延伸:
一般植物的根压是一两个大气压,树木和葡萄的根压可达到几个大气压。
水进入根毛细胞以后,沿导管在植物体内向上运行的过程,也是经过200多年的探索才弄清楚的。
200多年前,英国的谷鲁用显微镜系统地观察了植物的组织。他发现植物的茎可以分成髓部和木质部,而水分的上升是在木质部,由于许多毛细管的作用而完成的。直到200年后,魏士脱美耶才用实验证明了谷鲁的这个结论。
1727年生理学家海尔士发现植物的叶子有蒸发水分的作用,并且研究了叶蒸发水的量同根吸水的量的关系。他认为水的上升跟叶的蒸腾有关。
1735年,植物生理学家德拉贝士用有色的液体来培育花,或把植物枝条放在有色的液体中进行实验,证明了叶片具有蒸腾作用。
如何使水往高处流?原来是这样做的!