你试过用厨房里的菠菜“吹泡泡”吗?
一片看起来平平无奇的菜叶,
从叶脉轻轻一吹,
叶面突然开始咕噜冒泡;
实验器材
新鲜菠菜叶(带叶柄)、水盆、剪刀、所标杯
实验步骤
第一步:
挑一片比较完整、较新鲜的菠菜叶,用剪刀剪下,尽量保留一小段叶柄。
第二步:
往水盆中加入适量清水,将菠菜叶完全浸没在水中。
第三步:
嘴部对着叶柄一端,向叶片内部吹气。你会看到叶片表面,尤其是某些局部位置,开始冒出明显的大气泡。
第四步:
用剪刀在主叶脉或较粗的侧叶脉上剪一刀,再次轻轻吹气。这时常能看到断口附近冒出更细、更密、更连续的小气泡。
安全提示:小朋友和大学生使用剪刀请在家长指导下进行!
第五步:
另取一杯加入食用色素的清水。将剪开的粗叶脉一端浸入色素水中,从另一端轻轻吸气。最后你会看到带颜色的水被“拉”进叶脉,沿着叶脉向叶片内部推进。
温馨提示:演示起见添加色素,注意预防液体误吸入口中。
第六步:
把菠菜叶取出,对着光观察。你会发现叶脉就像一张分叉的地图,而刚才气泡和色素经过的路径,正是在把这张地图一点点“显影”。
原理解说
很多人以为,叶子就是薄薄一片绿。但要是从植物学角度看,它可不是一块实心板,更像一种夹层结构的生物海绵。叶片最外面是上表皮和下表皮,中间夹着叶肉组织。靠近上表皮的那层叫栅栏组织,细胞排得比较紧,主要负责吸收光、进行光合作用;靠近下表皮的是海绵组织,细胞之间留了一大堆彼此连通的空隙,就像藏在叶片里的小型空气仓库。这些空隙再通过叶表面的气孔跟外界连通。平时植物吸收二氧化碳、释放氧气、散出水蒸气,主要就靠这套系统完成。
所以,当你从叶柄或者粗叶脉的一端吹气,空气会优先钻进阻力小的内部通道。一部分沿着叶脉中的维管束走,一部分跑到叶肉组织之间本来就有的空隙里。因为整片叶子泡在水里,空气一旦从气孔、小伤口或者叶缘这些低阻位置钻出来,就会在水中形成气泡。叶片完整的时候,出口比较分散,很多小气泡还会在叶面上汇到一起,肉眼看起来就是比较大的泡。
把叶脉剪断后,情况就更明显了。叶脉里的维管束包含木质部,木质部由许多细长的导管和管胞组成,原本负责输送水分,本身就是一套低阻力通路。剪开之后,这些微小管道直接暴露在水里。你再轻轻一吹,空气就会从一排排小出口连续冒出,于是看到的气泡更细、更密,也更稳定。
至于色素水被吸进叶脉这一幕,可以把它看成一次简易的造影。叶脉是叶片里的运输管网。当你在一端制造吸力,叶脉内部压强降低,外面的色素水就会被压进这些通道,并沿着叶脉往前走。原本看不见的输水路径,就这样被染了出来。
把这个现象放回真实的植物体内,会更有意思。植物没有心脏,也没有动物那样的泵,却能把水从根部一路送到叶片,甚至送到高高的树冠。这里面有一个很重要的过程:蒸腾作用会在叶片端制造负压,再借助水分子之间的内聚力,以及水分子和导管壁之间的附着力,把整条水柱持续往上拉。实验中你轻轻一吸,其实就是临时扮演了一次植物的蒸腾系统。
下次吃菠菜时,是不是对它多了一份敬意?