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力學 標題:關於植物的蒸散作用、毛細現象、根壓
1:wlching (大學理工科系)張貼:2007-06-25 19:30:20:地點 台灣台東
        最近上生物課上到植物內部水分運輸的部分,內容是這樣的:『植物內部水分傳遞主要來自蒸散作用、木質部內的毛細現象和根部的水分滲透壓。』但是課本內有寫到,最主要的力量來自於蒸散作用。

蒸散作用:是因為植物體內的木質部內部充滿水分,形成一條裝滿水的水柱,然後水分在葉子的地方會因為太陽熱、溼度等等蒸散掉,然後在水蒸發的過程中,形成一股『拉力』把木質部內的水分也跟著帶上來。

根壓:受到不同種類的植物跟土壤內部的水量多寡有關係,但是大部分的根壓在1∼5大氣壓左右。

本來這些現象我們同學們都認為沒有問題,但是有一個同學提出來了,如果是高於10公尺的樹木該怎麼辦??

第一個問題:請問植物體內木質部水分的運輸如果只看蒸散作用,那應該是要用連通管原理還是虹吸原理去解釋呢?
(如果選擇以連通管原理的話,那就要受限於1大氣壓大約只能支撐住10公尺高的水柱,那如果這樣去解釋的話,蒸散作用的力量可以用1大氣壓來表示,但是為什麼不少的教科書都寫著主要原因來自於蒸散作用呢?(因為根壓大約為1~5大氣壓),不知道是不是還有我們沒有看到的地方,希望大家可以多多指教!)

第二個問題:那到底這三種力量,哪個影響的程度較高呢?
蒸散作用:大氣壓力大約能提起10公尺高的水。但是因為水有極性的物質,水根水之間又存在著氫鍵,是否是因為在蒸散的時候,也受到水的極性的影響呢??

根壓:1-5大氣壓是老師給的

木質部的毛細現象:是否可以把木質部想像成非常細的管子?然後由此可以藉由毛細現象拉起水??



2:黃福坤(研究所)張貼:2007-06-26 12:35:51:來自 國立台灣師範大學 [回應上一篇]
木質部分當然本身也是類似很多細的水管
但是木質部分會像塑膠水管一樣 完全都封閉嗎?
 是否壓力差一定要算和根部的壓力差呢!

3:hchien榮譽點數50點(研究所)張貼:2007-06-28 08:03:06:地點 United States La Jolla [回應第1篇]

水分向上移動的動力來自根壓和毛細張力(後者指的就是水分子氫鍵所造成的分子間的內聚力  巨觀上造成流體的連續性 表面張力 和黏滯性)
在植物生理學中 毛細張力這一項也稱為 '蒸騰拉力'

第一由於細胞壁由親水的纖維素 半纖維素和果膠質組成 對於水分子的吸引附著力很大  第二維管束直徑非常小  第三由於植物細胞表面會因為水分的消失產生凹曲  此凹曲角度會增加垂直方向的拉力 第四 葉片水分蒸發以後在維管束通道中形成負壓,

結合以上所有因素所以在很小木質部導管中可以將水分拉高到一兩百公尺 這是H.H. Dixon 1895年提出的說法

有的時候 當氣溫高 維管束裡的水分在高度負壓下變成氣態 形成空蝕 (cavitation)
那那一根維管束就暫時不能提供水分 不過還好一棵樹有數量很多的維管束 不會每一根
都產生空蝕

另外當負壓高的時候 維管束也縮起來一點 所以當蒸散量高的時候 樹幹的直徑會小一點點 (一點點而已)

這個不是單純的連通管原理 或是吸管現象
一般連通管 就算上端負壓負到真空的程度 下端根壓大到五大氣壓 也頂多能把水拉到五六十公尺的高度 不及一兩百公尺

最新的研究發現 因為離子濃不不同造成的滲透壓 使水分也可以穿過細胞膜上升 對於高大樹木來講很重要
不過我不太清楚詳細情況


4:wlching (大學理工科系)張貼:2007-06-28 13:29:44:地點 台灣台東 [回應第2篇]
抱歉昨天在考試所以沒有上來看,

的確也是這樣呢!在植物的根部水分也是透過擴散作用進入木質部細胞的,

那這樣的話,如果產生[負壓]的話,是否會從木質部跑到形成層或是隨的部分?

又如果不是完全封閉的話,那蒸散作用產生的拉力應該要怎麼解釋呢?



Quote:

在 2007-06-28 08:03:06, hchien 寫了:

水分向上移動的動力來自根壓和毛細張力(後者指的就是水分子氫鍵所造成的分子間的內聚力 巨觀上造成流體的連續性 表面張力 和黏滯性)
在植物生理學中 毛細張力這一項也稱為 '蒸騰拉力'

第一由於細胞壁由親水的纖維素 半纖維素和果膠質組成 對於水分子的吸引附著力很大 第二維管束直徑非常小 第三由於植物細胞表面會因為水分的消失產生凹曲 此凹曲角度會增加垂直方向的拉力 第四 葉片水分蒸發以後在維管束通道中形成負壓,

結合以上所有因素所以在很小木質部導管中可以將水分拉高到一兩百公尺 這是H.H. Dixon 1895年提出的說法

有的時候 當氣溫高 維管束裡的水分在高度負壓下變成氣態 形成空蝕 (cavitation)
那那一根維管束就暫時不能提供水分 不過還好一棵樹有數量很多的維管束 不會每一根
都產生空蝕

另外當負壓高的時候 維管束也縮起來一點 所以當蒸散量高的時候 樹幹的直徑會小一點點 (一點點而已)

這個不是單純的連通管原理 或是吸管現象
一般連通管 就算上端負壓負到真空的程度 下端根壓大到五大氣壓 也頂多能把水拉到五六十公尺的高度 不及一兩百公尺

最新的研究發現 因為離子濃不不同造成的滲透壓 使水分也可以穿過細胞膜上升 對於高大樹木來講很重要
不過我不太清楚詳細情況





關於葉子上水分蒸散所產生的負壓部分,我有一個疑問,此負壓是否是因為又大氣壓力的存在而產生的呢?也就是說當一個水管在吸水的時候,從側面去觀察他是否會有一些凹陷的現象??是否是這樣呢?
還是是因為  [水分子跟水分子間的氫鍵]  加上  [木質部的纖維素親水也造成上拉]的力量,使的當上端的水分子蒸發後,直接帶起下方的水分子呢?

還有關於空蝕的現象,是否可以把植物木質部的維管束想像成非常的細,當水分子在內部的時候,每個橫切面都只有幾個水分子,所以當他由液態轉成氣態的時候,分子跟分子之間還是有不小的拉力?所以能使水分整個向上拉?

最後關於離子濃度,請問是何種離子呢?我們老師是有講說在韌皮部內有壓力流學說,是因為內部有蔗糖之類的養分,從上端向下輸送。但是木質部的部分,我也是不是很了解,但是木質部應該也有輸送礦物質、維生素、硝酸根離子之類的,會不會是因為這樣呢?(後面這段是我自己想的,不知道是否正確)

5:hchien榮譽點數50點(研究所)張貼:2007-06-29 01:06:59:地點 United States La Jolla [回應上一篇]

天啊 你好會問
你問的問題有很多我也不知道答案
僅就所知道的一小部份與你共享

又如果不是完全封閉的話,那蒸散作用產生的拉力應該要怎麼解釋呢?
木質部的導管由木纖維細胞和木薄壁細胞和管胞組成
當這些細胞分裂完 還很新的時候
他們的細胞壁可以透水 叫做原生細胞壁
細胞壁的成份為纖維素 半纖維素 果膠與角明值 軟木質等
當這些細胞停止生長後 細胞壁表面纖維沈澱 細胞壁增生 其厚度大大增加至與整個細胞體積差不多 稱為次生細胞壁
次生細胞壁很硬 因為其內部的纖維素以結晶的方式存在 而且角明質與軟木質等類似蠟的東西和纖維素結合 讓這個時候的細胞壁不透水
導管就是由這些死掉的細胞組成
所以導管的部份 可以視為不會漏水的水管

還有關於空蝕的現象,是否可以把植物木質部的維管束想像成非常的細,當水分子在內部的時候,每個橫切面都只有幾個水分子,所以當他由液態轉成氣態的時候,分子跟分子之間還是有不小的拉力?所以能使水分整個向上拉?

當空蝕發生的時候 管理面的壓力小於水蒸氣壓 所以水變成氣態 這時候分子間的吸引力
變小 使垂直向上的拉力不足 所以那一根導管就沒有用了

還是是因為 [水分子跟水分子間的氫鍵] 加上 [木質部的纖維素親水也造成上拉]的力量,使的當上端的水分子蒸發後,直接帶起下方的水分子呢?
應該這樣講 水分子間的氫鍵 像是磁鐵 把一個個水分子強力地結合起來 這些水分子在細細的維管束中 像是一串珍珠項鍊 當蒸散作用把上面第一個珍珠拿走 第二個 就隨之補上 一個帶一個 於是整個維管束的水向上移動

而真正造成水分向上移動的動力來源 其實是蒸散作用
但是若缺了管壁親水纖維的拉力等其他因素 水分也不會成功地向上移

至於因為離子濃度變化產生的滲透壓 我則不太清楚







[ 這篇文章被編輯過: hchien 在 2007-06-29 01:13:25 ]
6:wlching (大學理工科系)張貼:2007-06-29 14:29:30:地點 台灣台東 [回應上一篇]

Quote:

在 2007-06-29 01:06:59, hchien 寫了:

天啊 你好會問
你問的問題有很多我也不知道答案
僅就所知道的一小部份與你共享

又如果不是完全封閉的話,那蒸散作用產生的拉力應該要怎麼解釋呢?
木質部的導管由木纖維細胞和木薄壁細胞和管胞組成
當這些細胞分裂完 還很新的時候
他們的細胞壁可以透水 叫做原生細胞壁
細胞壁的成份為纖維素 半纖維素 果膠與角明值 軟木質等
當這些細胞停止生長後 細胞壁表面纖維沈澱 細胞壁增生 其厚度大大增加至與整個細胞體積差不多 稱為次生細胞壁
次生細胞壁很硬 因為其內部的纖維素以結晶的方式存在 而且角明質與軟木質等類似蠟的東西和纖維素結合 讓這個時候的細胞壁不透水
導管就是由這些死掉的細胞組成
所以導管的部份 可以視為不會漏水的水管

還有關於空蝕的現象,是否可以把植物木質部的維管束想像成非常的細,當水分子在內部的時候,每個橫切面都只有幾個水分子,所以當他由液態轉成氣態的時候,分子跟分子之間還是有不小的拉力?所以能使水分整個向上拉?

當空蝕發生的時候 管理面的壓力小於水蒸氣壓 所以水變成氣態 這時候分子間的吸引力
變小 使垂直向上的拉力不足 所以那一根導管就沒有用了

還是是因為 [水分子跟水分子間的氫鍵] 加上 [木質部的纖維素親水也造成上拉]的力量,使的當上端的水分子蒸發後,直接帶起下方的水分子呢?
應該這樣講 水分子間的氫鍵 像是磁鐵 把一個個水分子強力地結合起來 這些水分子在細細的維管束中 像是一串珍珠項鍊 當蒸散作用把上面第一個珍珠拿走 第二個 就隨之補上 一個帶一個 於是整個維管束的水向上移動

而真正造成水分向上移動的動力來源 其實是蒸散作用
但是若缺了管壁親水纖維的拉力等其他因素 水分也不會成功地向上移

至於因為離子濃度變化產生的滲透壓 我則不太清楚







[ 這篇文章被編輯過: hchien 在 2007-06-29 01:13:25 ]




真是辛苦你了,十分感謝您的指教!!

7:詢問人 (大學)張貼:2010-10-18 17:52:17:地點 台灣台北 [回應第4篇]

想請問一下:我最近對「植物蒸散作用」存在一個疑問,請問「蒸散作用是否只存在葉面呢」?!

例如:1.「果實」本身含有很高的水份,像「水梨」每天早上表面上都濕濕,而且「水梨果實上有很多小小的黑點...」,是否「果實」也會有蒸散作用?

2.例如「蕃茄」「甜柿」表面很平滑,是否就代表沒有蒸散作用?

謝謝


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