植物居然也用“吸管”

林莉

世界上最高的樹是怎么把水分運輸到樹頂的呢？

世界上已知現存最高的樹木叫“亥伯龍神”（拉丁學名：Hyperion），是位于美國加利福尼亞州國家公園的一棵巨型紅杉。樹齡約為700～800年，現高115.85米，相當于39層樓高！經科學家預測它還能繼續長高。我們知道，植物是通過地下的根系來吸收土壤里的水分的，那這種參天巨樹到底是怎樣把水分運輸到樹頂的呢？

人和大多數動物都有著像泵一樣的心臟，可以幫助我們將血液運輸到頭頂和四肢。動物中個頭最高的要數長頸鹿了，它就是以將近人類兩倍高的血壓來輸送血液的。但長頸鹿的個頭最高也只有3米，要想把水輸送到115米的高度極其困難。即便困難，植物卻做到了，這就得依賴植物的絕活——蒸騰作用。

蒸騰作用是指水分從活的植物體表面（主要是葉子）以水蒸氣的狀態散發到大氣中的過程。植物的葉、莖、花瓣等器官上分布著許多氣孔，氣孔就是空氣和水蒸氣的通路。

單有氣孔還不行，在長期的自然選擇中，植物早已進化出了一套獨特的吸水系統。植物的莖（草本植物和木本植物幼體）、葉（葉中的維管束又稱為葉脈）等器官中大多存在著像吸管一樣的結構，被稱作“維管束”，維管束相互連接就構成維管系統。維管系統是貫穿于整個植株，與體內物質運輸緊密關聯的系統，其中就包括水分子的運輸。在植物體內，水分從氣孔穿過維管束，一直連接到植物的根部，形成一條具有連續性的極細小水柱。

當植物葉片或花瓣中的水分從細胞里通過蒸騰作用排出后，氣孔下腔附近的葉肉細胞的溶液濃度就會上升，與周圍細胞形成濃度差，水分子就會從低濃度的細胞流向高濃度的細胞，由此就能從周邊細胞取得水分。同理，旁邊細胞又從另外一個細胞取得水分，如此下去，維管束內就會有相應的水分被吸上來，帶動水的爬升，最后根部從土壤中吸收水分。所以即便是澆在土壤里的水，也能滋潤植物上端的綠葉。這就和我們平時用吸管把飲料吸上來的過程很相似，但區別就在于吸飲料利用的是吸氣時，管內壓強減小，飲料在大氣壓的作用下被壓入口中，而植物吸水利用的則是植物細胞蒸騰失水產生的水勢差。這種吸水就是由植物蒸騰失水而產生的蒸騰拉力所引起的。

蒸騰作用產生的蒸騰拉力是植物根系對水分的吸收和運輸最主要的動力來源。這對于高大的喬木尤為重要，如果喪失蒸騰作用，由蒸騰拉力引起的吸水過程便不能產生，植株生長較高的部位也無法獲得充足的水分。由于礦質元素只有溶解于水中才能被植物吸收并在體內運轉，而蒸騰作用是吸收和輸導水分的動力來源，所以礦質元素（無機鹽）和根系合成的物質也會隨水分的吸收和流動而被吸入、分布到植物體的各個部位中去。所以，蒸騰作用對于植物吸收水分、無機鹽等生理過程有著極其重要的意義。在日常生活中，你也許見過經吸染法制作而成的色彩奇異的花藝作品，花藝師們利用的正是這一原理。

除了運輸功能，蒸騰作用還能防止葉溫過高，葉片被灼傷的問題。這是由于陽光照射在葉面上時，大部分能量轉化為熱能。而在植物進行蒸騰作用的過程中，由于細胞內的自由水變為水蒸氣時需要吸收熱能，所以能有效降低葉片的溫度，使葉子在一定范圍的強光下也能順利進行光合作用。那是不是蒸騰作用越大越好呢？其實不然。

綠色植物是一種能進行光合作用，即利用光能將二氧化碳和水轉為有機物的生物，是在生態系統中有著基石地位的生產者。影響植物光合作用的關鍵因素就包括光和二氧化碳的供應。由于葉片進行光合作用時，氣孔是開放的，蒸騰作用的正常進行有利于二氧化碳吸收、同化。但對于植物而言，環境中的光并不是越強越好。如夏季的正午，由于陽光直射大地，光照強度高的同時，氣溫上升也快，蒸騰作用過大，這將導致植物細胞失水過多從而造成植株失活。為了避免這種危險的發生，植物會通過氣孔的開合來自主調控蒸騰作用的速率。葉溫過高，葉片上的氣孔會大量關閉，從而減輕蒸騰作用過強給植株帶來的傷害。

俗話說“大樹底下好乘涼”，除了植物大量枝葉遮擋形成的樹蔭可供人乘涼之外，植物在蒸騰過程中也會散失掉大量的輻射熱，進而向大氣層釋放大量的水蒸氣，使當地的空氣保持濕潤，氣溫降低。蒸騰作用作為地球水循環中尤為關鍵的一環，在干旱地區多栽種樹木能有效促進該地區水循環，提高降水量。與此同時，植物進行光合作用釋放出的氧氣，也為生物的有氧呼吸提供了條件，形成良性循環。

在實際生活中，我們可以在較為干燥的夏季和冬季，在客廳擺上一兩盆闊葉植物，利用蒸騰作用來增加空氣的相對濕度。當面臨極度缺水的逆境，還可以用塑料袋套住植物體，利用植物的蒸騰作用來獲取珍貴的可食用水。

下面讓我們來做小實驗吧

[實驗工具]

玫瑰花、芹菜、小盆栽、色素或墨水、一次性杯子、透明塑料袋、剪刀、美工刀等。

1[百變玫瑰]

用彩墨分別配制出不同顏色的水。取一枝白玫瑰在枝條上剪出斜口，放入裝有紅色液體中；另取一枝白玫瑰剪出斜口，并用刀將枝條分成兩半，一端插入黃色水中，另一端插入藍色水中，放置兩小時再觀看花瓣顏色。經過蒸騰作用，與原來的白色玫瑰相比，進行了吸染的玫瑰已經變成了相應水杯中的顏色。

2[植物吸管]

將微微晾干后的帶葉芹菜放入混有色素的水中等待一小時后將芹菜取出，用美工刀橫向切下，可以觀察到芹菜橫切面上紅色的點點就是維管束的孔徑。再對芹菜進行縱切可以看到切面上有一條細線，這就是維管束。