植物的运输，复习笔记

概览

植物通过两种运输组织运送水、矿物质与食物。本章讲授木质部与韧皮部、把水向上牵引的蒸腾流、食物的转运，以及植物如何清除污染物（植物修复）。

影响蒸腾的因素是常见的试卷三探究。

内容标准19.1不止要求说出木质部与韧皮部的名称，还要求说明每种组织的构造如何配合其功能。木质部导管是一列死细胞首尾相连、横壁溶解而成的管道，其木质化的坚固结构足以抵抗蒸腾产生的张力而不塌陷。

韧皮部则相反，是活组织：筛管分子经带孔的筛板相连，并由伴胞支持，伴胞中的线粒体供应能量，使糖能在源端主动装入筛管，再被运往库端。

水首先经根毛进入植物，根毛是根表皮细胞的细长突起，大大增加吸收面积；水靠渗透作用进入，而矿物质离子通常在土壤中的浓度低于根内，须经主动运输吸收。根压从下方提供小小的推力，在潮湿夜晚可见为吐水现象，但把水拉往高大植物顶端的更大力量，是蒸腾产生的内聚-张力，这也是影响蒸腾速率的各因素如此常被考查的原因。

19.1 维管组织：木质部与韧皮部

开花植物通过两种一同排列在维管束中的专门运输组织来运送物质。木质部把水与溶解的矿物盐从根向上运送，韧皮部则把溶解的食物（主要是蔗糖）从制造或储存之处运到任何需要之处。

掌握每种组织的结构是本章其他一切概念的基础，因为结构决定功能。

成熟的木质部导管是一列首尾相连的死细胞，细胞之间的横壁溶解，留下连续的中空管道。管壁由木质素加厚并防水，既支持植物，又防止导管在蒸腾产生的张力下向内塌陷。

木质化管壁上的纹孔允许水从一条导管侧向移动到下一条。由于细胞已死且中空，水被向上拉动时几乎不受阻力。

韧皮部是活组织。筛管分子经带孔的筛板首尾相连，因此液汁能从一个分子流向下一个。

每个筛管分子已失去大部分细胞器，因此依赖相邻、充满线粒体的伴胞，供应把糖以主动运输装入管道所需的能量。正是这种配合，使韧皮部运输不同于水在木质部中的被动上升，它需要一个活的、进行呼吸作用的组织。

19.2 根部对水与矿物盐的吸收

水与矿物离子经根毛进入植物，根毛是根表皮细胞细长的突起。每根根毛都大大增加与土壤溶液接触的表面积，使吸收更快。

这是结构在单个细胞层面配合功能的清楚例子。

水借渗透作用进入根毛。土壤溶液的水势高于根毛内的细胞液，因此水顺着水势梯度、经由半透膜向内移动，不需要能量。

水随后从一个细胞到下一个细胞，穿过根皮层移向中央的木质部。

硝酸盐、钾、镁等矿物离子在土壤中的浓度通常低于根内。因此它们无法扩散进入；相反，它们借助主动运输被吸收，利用呼吸作用释放的能量，逆浓度梯度移动离子。

这就是为什么缺氧的积水土壤会减慢矿物质吸收：呼吸作用减少意味着用于主动运输的能量减少。

19.2 蒸腾流与推动水的各种力

蒸腾作用是水蒸气从植物地上部分散失，大多经由叶下表面的气孔。当水从叶内湿润的细胞壁蒸发并向外扩散时，它拉动后方的水，在木质部顶端形成张力，即负压。

水之所以被作为连续水柱向上拉，是因为水分子之间借内聚力相互吸引，并借附着力吸附在木质化的木质部壁上。水柱不会断裂，因此叶处的拉力被一路传递到根部。

这就是内聚-张力学说，而它所描述的流动水流称为蒸腾流。

当根细胞主动把离子泵入木质部、水随之借渗透作用进入时，根压从下方提供一股小小的向上推力；它在夜间最强，并可把水珠从叶尖挤出，形成吐水现象。单靠根压只能把水抬升一部分，因此在高大植物中蒸腾拉力才是主要的力。

19.3 转运与压力流机制

转运是溶解的食物在韧皮部中从源到库的运输。源是任何释放糖的部分，例如进行光合作用的叶或正在被清空的储藏器官；库是任何利用或储存糖的部分，例如正在生长的嫩枝、正在发育的果实或储藏根。

由于源与库随季节改变，韧皮部在不同时候能把糖运往不同方向。

压力流机制解释了液汁如何移动。在源端，伴胞利用能量以主动运输把糖装入筛管，从而降低管内的水势，于是水从邻近的木质部借渗透作用进入，提高静水压。

在库端，糖被卸下，水离开，压力下降。因此液汁借集流从高压的源流向低压的库。

19.4 植物修复

植物修复是利用活的植物去除、固定或分解受污染土壤或水中的污染物（如重金属）。它是一种低成本、低扰动的方法，利用植物自身的运输与储存过程，而不是把土壤挖出再处理。

在植物萃取中，植物根部吸收污染物并把它运到地上部分积累。随后收割地上部分并安全处置，于是污染物被从原地移除。

在植物固定中，根部则把污染物结合并固定在土壤中，减少其向地下水的移动，但并不把它取出。两种方法目标不同：一种移除污染物，另一种只限制其扩散。

只有某些被称为超富集植物的物种，能吸收并耐受某种污染物异常高的浓度而不中毒。例子包括某些富集砷的蕨类，以及用于金属污染土地的某些草本植物。

由于一个物种通常只擅长富集一种污染物，因此必须把植物与某地的污染物相匹配。

须掌握的关键概念

• 维管组织, 木质部由死的、中空的、木质化导管构成；韧皮部由活的筛管与伴胞构成。
• 水与矿物质的运输, 水在蒸腾流中沿木质部向上移动，由叶的蒸发驱动。
• 蒸腾, 水蒸气经气孔从叶散失，产生把水向上牵引的拉力。
• 影响蒸腾的因素, 光、温度、湿度与空气流动改变蒸腾速率。
• 转运, 糖在韧皮部中从源（叶）向库（生长或储存组织）的移动。
• 植物修复, 利用植物吸收并清除土壤或水中的污染物，如重金属。
• 根压, 根细胞主动把矿物质离子泵入木质部，降低其中的水势，使水借渗透作用进入，并累积正压把液汁推上茎的一部分。根压在夜间或湿度高、蒸腾较低时最强，可见为吐水现象，即叶尖被挤出的小水珠。
• 内聚-张力学说, 叶细胞中水分的蒸发产生张力，把水向上拉过木质部。水分子借内聚力彼此黏附，并借附着力黏附在木质化的木质部壁上，因此顶端的拉力能把一条不间断的水柱一路从根部拉起而不会中断。
• 木质部导管的结构, 木质部导管由死细胞首尾相连、端壁溶解而成，形成连续的中空管道。管壁由木质素加固，提供支持并防止导管在蒸腾产生的张力下塌陷，而管壁上的纹孔则允许水分侧向移动。
• 韧皮部的结构, 韧皮部组织由活的筛管分子首尾相连、经带孔的筛板相通而构成，使液汁能在其间流动。每个筛管分子都由相邻的伴胞支持，伴胞中充满线粒体，供应把糖主动装入筛管所需的能量。
• 转运的机制, 在源端，例如叶，伴胞主动把糖装入筛管，降低该处的水势，使水借渗透作用进入并提高压力。这一压力差把含糖液汁沿筛管推向库端，例如正在生长的嫩枝或储藏根，糖在库端被卸下并用于利用或储存。
• 根部对水与矿物质的吸收, 根毛大大增加了根用于吸收的表面积。水借渗透作用从水势较高的土壤溶液进入根毛细胞的细胞液。矿物质离子在土壤中的浓度往往低于根内，因此须经需要呼吸作用提供能量的主动运输来吸收。
• 保卫细胞与气孔, 每个气孔由两个保卫细胞围成，它们随膨压或萎蔫状态改变形状。保卫细胞吸水膨压时，细胞壁厚薄不均使其向外弯曲，令气孔打开；失水变萎蔫时，气孔关闭，从而直接控制蒸腾速率。
• 植物修复的机制, 在植物萃取中，植物根部从土壤或水中吸收重金属等污染物，并储存在地上部分，之后可收割并安全移除。在植物固定中，植物根部则把污染物固定在土壤中，减少其渗入地下水，但并未将其从原地移除。
• 超富集植物, 超富集植物是能吸收并耐受某种污染物（如重金属）异常高浓度而不中毒的植物物种。例子包括用于修复被砷或铅等金属污染土壤的某些蕨类与草本植物，使其成为植物修复项目中有用的工具。
• 探究蒸腾作用, 蒸腾计通过记录气泡沿刻度毛细管移动所需的时间，测量带叶枝条吸水的速率，以此作为蒸腾速率的代表。蓝色氯化钴试纸吸湿后会变为粉红色，可贴在叶片表面，用以比较上表皮与下表皮水分散失的速率。

快速回想清单

1. 你能定义并解释维管组织吗？
2. 你能定义并解释水与矿物质的运输吗？
3. 你能定义并解释蒸腾吗？
4. 你能定义并解释影响蒸腾的因素吗？
5. 你能定义并解释转运吗？
6. 你能定义并解释植物修复吗？
7. 你能定义并解释根压吗？
8. 你能定义并解释内聚-张力学说吗？
9. 你能定义并解释木质部导管的结构吗？
10. 你能定义并解释韧皮部的结构吗？
11. 你能定义并解释转运的机制吗？
12. 你能定义并解释根部对水与矿物质的吸收吗？
13. 你能定义并解释保卫细胞与气孔吗？
14. 你能定义并解释植物修复的机制吗？
15. 你能定义并解释超富集植物吗？
16. 你能定义并解释探究蒸腾作用吗？

常见问题

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