蒸腾拉力

发生的部位

蒸腾拉力作用于整棵植物的木质部，这是一套由死亡、中空的导管组成、从根部经茎部一直延伸到每片叶脉的连续系统。

输入与输出

• 输入：根部木质部中的液态水，由根毛细胞经渗透作用供应。
• 输入：来自环境的热能，为叶片内的蒸发提供所需的潜热。
• 输入：随木质部汁液中的水一起运输的溶解矿物质离子。
• 输出：经气孔散失到大气中的水蒸气。
• 输出：持续向上流动的水与矿物质离子，供叶肉细胞进行光合作用、维持膨压与降温。

步骤

1. 在叶片内，水分从叶肉细胞湿润的细胞壁蒸发到细胞间的空隙中。
2. 水蒸气接着经开放的气孔扩散出叶片，这个过程称为蒸腾作用。
3. 这种水分的散失降低了叶肉细胞的水势，于是水经渗透作用从叶脉中的木质部移入这些细胞。
4. 叶片木质部中水分被移走产生张力（拉力），这股力沿木质部内连续的水柱向下传递。
5. 水分子间因氢键产生的内聚力使这条水柱保持不断裂，因而从根部被向上拉，以补充失去的水分，即蒸腾拉力，或称蒸腾流。
6. 水分子与木质化的木质部管壁之间的附着力支撑水柱，防止其回落，而导管狭窄的管腔则借毛细作用帮助水上升。
7. 根部木质部中的水被拉走后，周围根细胞的水势降低，于是更多水经渗透作用从土壤进入，只要气孔保持开放，蒸腾流就得以维持。

为何重要以及如何受控制

蒸腾拉力是把水与溶解的矿物质离子从根部输送到植物各部位（包括进行光合作用所需的叶片）的主要力量。它以被动方式运作，不需植物消耗自身能量，因为它完全依靠蒸发与水的内聚特性。

拉力的速率由蒸腾速率决定，而植物通过气孔控制蒸腾。保卫细胞在光照下打开气孔，因为光合作用需要二氧化碳；在黑暗中或植物缺水时则关闭气孔。

气孔关闭减少蒸发，木质部内的张力随之下降，蒸腾流减慢。

外界因素以可预见的方式改变速率。较高的温度、较低的湿度与流动的空气都会使叶片内空隙与大气之间的水蒸气梯度变陡，于是蒸发与拉力增强。

高湿度或静止的空气减小梯度，使蒸腾流减慢。光则通过打开气孔间接起作用。

蒸腾拉力对植物在炎热天气下的生存也很重要：驱动它的蒸发过程从叶片带走热量，使叶温保持在酶能够正常作用的范围内。

如何考查

你可能被要求按顺序解释内聚力-张力学说、把蒸腾作用与根部吸水联系起来，或解释为何在水下与在空气中切断茎会影响水柱的连续性。

常见的结构题描述一个蒸腾计实验，要求你解释为何开启风扇或湿度下降时气泡移动得更快。预期答案要把环境变化与水蒸气梯度、蒸发速率以及沿木质部向下传递的张力联系起来。

另一种题型展示一株茎被切断而萎蔫的植物，问为何气泡会阻止水上升。得分点在于说明空气切断了连续的水柱，内聚力因此无法再把张力从叶片传到根部。

常见误解

考试风格例题

题目。一枝带叶的枝条被装在蒸腾计上。

在静止空气中，气泡在5分钟内移动12毫米。随后用风扇对着枝条吹，气泡在接下来的5分钟内移动30毫米。

(a) 说出气泡的移动测量的是什么。(b) 解释为何开启风扇时气泡移动得更快。

(c) 描述叶片失水如何使水在木质部中上升。

参考答案。(a) 枝条的吸水速率，视为蒸腾速率。

(b) 流动的空气吹走叶片周围的湿空气层，使叶片内空隙与大气之间的水蒸气浓度梯度更陡。水蒸气更快地经气孔扩散出去，因此蒸腾作用增强，更多水被拉入枝条。

(c) 水从叶肉细胞壁蒸发，降低这些细胞的水势。水经渗透作用从叶片木质部进入这些细胞。

这在木质部中产生张力，并沿水柱向下传递。水分子间因氢键产生的内聚力使水柱保持连续，于是整条水柱从根部被向上拉动。

来源:SRC-DSKP-EN

常见问题