植物居然也用“吸管”

2023-05-30林莉

科学大观园 2023年1期

林莉

世界上最高的树是怎么把水分运输到树顶的呢？

世界上已知现存最高的树木叫“亥伯龙神”（拉丁学名：Hyperion），是位于美国加利福尼亚州国家公园的一棵巨型红杉。树龄约为700～800年，现高115.85米，相当于39层楼高！经科学家预测它还能继续长高。我们知道，植物是通过地下的根系来吸收土壤里的水分的，那这种参天巨树到底是怎样把水分运输到树顶的呢？

人和大多数动物都有着像泵一样的心脏，可以帮助我们将血液运输到头顶和四肢。动物中个头最高的要数长颈鹿了，它就是以将近人类两倍高的血压来输送血液的。但长颈鹿的个头最高也只有3米，要想把水输送到115米的高度极其困难。即便困难，植物却做到了，这就得依赖植物的绝活——蒸腾作用。

蒸腾作用是指水分从活的植物体表面（主要是叶子）以水蒸气的状态散发到大气中的过程。植物的叶、茎、花瓣等器官上分布着许多气孔，气孔就是空气和水蒸气的通路。

单有气孔还不行，在长期的自然选择中，植物早已进化出了一套独特的吸水系统。植物的茎（草本植物和木本植物幼体）、叶（叶中的维管束又称为叶脉）等器官中大多存在着像吸管一样的结构，被称作“维管束”，维管束相互连接就构成维管系统。维管系统是贯穿于整个植株，与体内物质运输紧密关联的系统，其中就包括水分子的运输。在植物体内，水分从气孔穿过维管束，一直连接到植物的根部，形成一条具有连续性的极细小水柱。

当植物叶片或花瓣中的水分从细胞里通过蒸腾作用排出后，气孔下腔附近的叶肉细胞的溶液浓度就会上升，与周围细胞形成浓度差，水分子就会从低浓度的细胞流向高浓度的细胞，由此就能从周边细胞取得水分。同理，旁边细胞又从另外一个细胞取得水分，如此下去，维管束内就会有相应的水分被吸上来，带动水的爬升，最后根部从土壤中吸收水分。所以即便是浇在土壤里的水，也能滋润植物上端的绿叶。这就和我们平时用吸管把饮料吸上来的过程很相似，但区别就在于吸饮料利用的是吸气时，管内压强减小，饮料在大气压的作用下被压入口中，而植物吸水利用的则是植物细胞蒸腾失水产生的水势差。这种吸水就是由植物蒸腾失水而产生的蒸腾拉力所引起的。

蒸腾作用产生的蒸腾拉力是植物根系对水分的吸收和运输最主要的动力来源。这对于高大的乔木尤为重要，如果丧失蒸腾作用，由蒸腾拉力引起的吸水过程便不能产生，植株生长较高的部位也无法获得充足的水分。由于矿质元素只有溶解于水中才能被植物吸收并在体内运转，而蒸腾作用是吸收和输导水分的动力来源，所以矿质元素（无机盐）和根系合成的物质也会随水分的吸收和流动而被吸入、分布到植物体的各个部位中去。所以，蒸腾作用对于植物吸收水分、无机盐等生理过程有着极其重要的意义。在日常生活中，你也许见过经吸染法制作而成的色彩奇异的花艺作品，花艺师们利用的正是这一原理。

除了运输功能，蒸腾作用还能防止叶温过高，叶片被灼伤的问题。这是由于阳光照射在叶面上时，大部分能量转化为热能。而在植物进行蒸腾作用的过程中，由于细胞内的自由水变为水蒸气时需要吸收热能，所以能有效降低叶片的温度，使叶子在一定范围的强光下也能顺利进行光合作用。那是不是蒸腾作用越大越好呢？其实不然。

绿色植物是一种能进行光合作用，即利用光能将二氧化碳和水转为有机物的生物，是在生态系统中有着基石地位的生产者。影响植物光合作用的关键因素就包括光和二氧化碳的供应。由于叶片进行光合作用时，气孔是开放的，蒸腾作用的正常进行有利于二氧化碳吸收、同化。但对于植物而言，环境中的光并不是越强越好。如夏季的正午，由于阳光直射大地，光照强度高的同时，气温上升也快，蒸腾作用过大，这将导致植物细胞失水过多从而造成植株失活。为了避免这种危险的发生，植物会通过气孔的开合来自主调控蒸腾作用的速率。叶温过高，叶片上的气孔会大量关闭，从而减轻蒸腾作用过强给植株带来的伤害。

俗话说“大树底下好乘凉”，除了植物大量枝叶遮挡形成的树荫可供人乘凉之外，植物在蒸腾过程中也会散失掉大量的辐射热，进而向大气层释放大量的水蒸气，使当地的空气保持湿润，气温降低。蒸腾作用作为地球水循环中尤为关键的一环，在干旱地区多栽种树木能有效促进该地区水循环，提高降水量。与此同时，植物进行光合作用释放出的氧气，也为生物的有氧呼吸提供了条件，形成良性循环。

在实际生活中，我们可以在较为干燥的夏季和冬季，在客厅摆上一两盆阔叶植物，利用蒸腾作用来增加空气的相对湿度。当面临极度缺水的逆境，还可以用塑料袋套住植物体，利用植物的蒸腾作用来获取珍贵的可食用水。