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蒸腾流

蒸腾流示意图
  1. 水分与盐分进入根部的木质部导管英语Vessel element
  2. 内聚力与附着力使水分在导管中形成管柱
  3. 水分由木质部运送至植物全株,并在叶的气孔蒸腾作用离开

蒸腾流(英语:Transpiration stream)是维管植物体中从的连续水流,植物从根部吸收无机盐后,经由木质部导管英语Vessel element运送到全株,并于蒸腾作用泌液作用英语Guttation排出。蒸腾流的主要动力为蒸腾作用在导管中造成的负压,其流速亦受蒸腾作用的速度影响,当环境气温较高、湿度较低时,水分从叶蒸腾的速度较快,使蒸腾流流速较快;反之环境较湿冷时蒸腾流流速较慢。

过程

根部吸收水分

植物根系吸收水分和无机盐的共质体途径质体外途径的示意图
凯氏带迫使水分从内皮层英语Endodermis细胞开始只能通过共质体途径继续运输

植物可以共质体途径质体外途径从土壤将水分与无机盐运输到根的木质部中。前者为水分及无机盐透过植物细胞膜上的通道蛋白进入根部细胞中,并沿着胞间连丝穿过皮层,最后到达木质部的运送方式,在运送途中,水分及无机盐可以进入液泡中贮存,再从液泡中输出;后者过程中,水分与无机盐起初并不进入细胞内,而是沿着细胞壁的空隙从表皮运送到内皮层英语Endodermis,此时会受内皮层细胞壁不透水的构造凯氏帶所阻,无法通过,而必须通过水通道蛋白进入细胞,改由共质体途径继续运送到木质部:180

木质部的运输

维管束中,木质部导管英语Vessel element专司植物体内的水分及无机盐的运输。水分子间的内聚力以及水分子与管壁间的毛细现象使其在导管中形成连续的水柱,水从叶的气孔中以蒸腾作用离开植物体,并在导管中形成负压,将水分向上运输,此即“凝聚力张力假说”(cohesion- tension hypothesis),最早于1727年由英国科学家史蒂芬·黑尔斯英语Stephen Hales提出,但当时没有受到重视,直到1894年才由爱尔兰植物学家亨利·赫瑞修·迪克逊英语Henry Horatio Dixon与物理学家约翰·乔利阐明:185。导管中水分的流动可以哈根-帕醉方程描述:186

其中体积流率是导管半径是压力差、是导管长度、黏度

可见水流效率与导管半径的四次方成正比,在导管截面积总和一样时,导管数量较少、但半径较大者的输送效率较高:187,但其坚韧度不如导管数量多且半径较小者,且水分反复结冻与融化时,较易造成气穴现象,生长在高纬度或高海拔地区的植物可能因较常面临水分的冻融,其导管的半径通常较生长于低海拔、低纬度者小:193

当蒸腾作用停止时,根压是植物体运送水分的另一种动力,植物以主动运输将无机盐吸入根部后,造成根部渗透压升高,促使水分从土壤渗透入根部,进而在导管中造成正压,有限度地将水分向上推进。

水分的排出

草莓叶缘的泌液作用英语Guttation

水分运输至叶时,一般由气孔以蒸腾作用排出体外,其速率受风、温度、湿度等环境因子影响,在一天中的不同时间也有所不同,在有风、高温、干燥时蒸腾速率较快,且气孔一般会在夜晚时关闭。当气孔在夜间关闭、且环境湿度较高时,水分还可以泌液作用英语Guttation从由叶缘的泌水孔排出,泌液作用的动力即为根压在导管中造成的正水压。

参考数据

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