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为什么树根能把水送上树梢?

2021-07-25 10:48:11 377 字数:926字

  生命离不开水,植物也不例外。当你站在参天大树下时,有没有想过它是怎么从土壤中吸收水分,并输送到每一根树枝、每一片叶子?

  我们先做一个实验。U形管内装有葡萄糖水溶液,中间被半透膜隔开,右边管中的葡萄糖浓度大,左边浓度小,开始两边液面一样高。由于只有较小的水分子能够通过半透膜,过一段时间就会发现右边液面升高而左边液面降低了,就如同在管子左边施加了一个压力把水压到右边去了一样。

  半透膜是一种只让某种较小分子或离子扩散进出的薄膜,对不同粒子的通过具有选择性。细胞膜、膀胱膜、羊皮纸以及人工制的胶棉薄膜等都是半透膜。植物从土壤中吸收水分然后输送其到顶部枝叶的机理是这样的:水分经渗透作用从土壤中穿过根部表皮的半透膜进入根部,形成较高的渗透压,这个压力连同在植物体内的其他动力(如蒸腾作用和毛细作用),一起将水分输送到顶部各个枝叶。

  渗透压现象最早的发现者是法国的诺莱,1748年他把盛满酒的瓶口用猪膀胱包裹捆扎好,放在水里,不久发现猪膀胱逐渐向瓶外膨突,最后猪膀胱胀破了。他对这个现象发生了兴趣,进行了研究但没有结果。1877年,范特霍夫对此进行研究,给出了渗透压的定量关系式。

  在植物根部的表皮有一层半透膜(包括但不仅是细胞膜),水分子可以自由通过,而钠、钙、氯离子等矿物离子和葡萄糖等大分子不能通过,因而发生渗透作用。在植物根部,水分从水分子浓度较大的土壤中渗透到水分子浓度较小的植物细胞中,有些植物产生的渗透压可以达到几倍标准大气压,足以将水“泵”到几十米高的树顶。

  【科学家】范特霍夫

  范特霍夫(1852—1911)荷兰物理化学家。主要研究化学动力学和化学亲合力问题。1877年之后,他做了许多溶液渗透压的实验,提出了一个能普遍适于渗透压的数学公式。1901年获得了第一次颁发的诺贝尔化学奖。

  【知识点】生物细胞中的渗透压

  生物细胞的表皮都可以看作是半透膜,能形成渗透作用,这对于生物体的生理机能起着至关重要的作用。典型的生物细胞含有的水分子与溶质分子的比例大约是200:1.属于稀溶液的范畴,渗透压大约相当于7标准大气压。在干旱或海边等高盐分环境下生长的植物,渗透压更高达几十标准大气压,从而保证植物能够吸收到足够的水分和养料。

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