植物蒸騰作用判斷此裝置氣密性

1. 植物蒸騰作用

蒸騰作用 是水分從活的植物體表面（主要是葉子）以水蒸汽狀態散失到大氣中的過程。與物理學的蒸發過程不同，蒸騰作用不僅受外界環境條件的影響，而且還受植物本身的調節和控制，因此它是一種復雜的生理過程。植物幼小時，暴露在空氣中的全部表面都能蒸騰。成長植物的蒸騰部位主要在葉片。葉片蒸騰有兩種方式：一是通過角質層的蒸騰，叫做角質蒸騰；二是通過氣孔的蒸騰，叫做氣孔蒸騰，氣孔蒸騰是植物蒸騰作用的最主要方式。蒸騰作用的生理意義：它是植物吸收和運輸水分的主要動力，可加速無機鹽向地上部分運輸的速率，可降低植物體的溫度，使葉子在強光下進行光合作用而不致受害。植物蒸騰丟失的水量是很大的。據估計1株玉米從出苗到收獲需消耗四、五百斤水。自養的綠色植物在進行光合作用過程中，必須和周圍環境發生氣體交換。因此，植物體內的水分就不可避免地要順著水勢梯度丟失，這是植物適應陸地生活的必然結果。適當地抑制蒸騰作用，不僅可減少水分消耗，而且對植物生長也有利。在高濕度條件下，植物生長比較茂盛。蔬菜等作物生產中，採用噴灌可提高空氣濕度，減少蒸騰，一般比土壤灌溉可增產。
過氣孔蒸騰。幼嫩葉子的角質蒸騰可達總蒸騰量的1/3到1/2。一般植物成熟葉片的角質蒸騰，僅占總蒸騰量的3%～5%。因此，氣孔蒸騰是中生和旱生植物蒸騰作用的主要方式。
（三）蒸騰作用的部位
植株幼小的時候，暴露在空氣中的全部表面都能蒸騰。植物長大後，莖枝形成木栓，這時莖枝上的皮孔可以蒸騰，木本植物特有。但是皮孔蒸騰量極小，約佔0.1%。植物的蒸騰作用絕大部分是在葉片上進行的。分為角質蒸騰（5%~10%）和氣孔蒸騰（主要形式）。
二、氣孔蒸騰
氣孔是植物進行體內外氣體交換的重要門戶。水蒸氣、CO2（二氧化碳）O2（氧氣）都要共用氣孔這個通道，氣孔的開閉會影響植物的蒸騰、光合、呼吸等生理過程。
氣孔是植物葉片表皮組織的小孔，一般由成對的保衛細胞(guard cell)組成。保衛細胞四周環繞著表皮細胞，毗連的表皮細胞如在形態上和其它表皮細胞相同，就稱之為鄰近細胞(neighbouring cell)，如有明顯區別，則稱為副衛細胞(subsidiary cell)。保衛細胞與鄰近細胞或副衛細胞構成氣孔復合體。保衛細胞在形態上和生理上與表皮細胞有顯著的差別。
（一） 氣孔的形態結構及生理特點
1. 氣孔數目多、分布廣 氣孔的大小、數目和分布因植物種類和生長環境而異（表2-3）。一般單子葉植物葉的上下表皮都有氣孔分布，而雙子葉植物主要分布在下表皮。浮水植物氣孔都分布在上表皮。
2. 氣孔的面積小，蒸騰速率高 氣孔一般長約7～30μm ，寬約1～6μm。而進出氣孔的CO2和H2O分子的直徑分別只有0.46nm和0.54nm，因而氣體交換暢通。氣孔在葉面上所佔面積百分比，一般不到1%，氣孔完全張開也只佔1%～2%，但氣孔的蒸騰量卻相當於所在葉面積蒸發量的10%～50%，甚至達到100%。也就是說，經過氣孔的蒸騰速率要比同面積的自由水面快幾十倍，甚至100倍。這是因為氣體通過多孔表面擴散的速率,不與小孔的面積成正比，而與小孔的周長成正比。這就是所謂的小孔擴散律(small pore diffusion law)。這是因為在任何蒸發面上，氣體分子除經過表面向外擴散外，還沿邊緣向外擴散。在邊緣處，擴散分子相互碰撞的機會少，因此擴散速率就比在中間部分的要快些。擴散表面的面積較大時（例如大孔），邊緣周長與面積的比值小，擴散主要在表面上進行，經過大孔的擴散速率與孔的面積成正比。然而當擴散表面減小時，邊緣周長與面積的比值即增大，經邊緣的擴散量就占較大的比例,且孔越小,所佔的比例越大，擴散的速度就越快（表2-4）。表2-4 相同條件下水蒸氣通過各種小孔的擴散小孔直徑(mm)擴散失水(g)相對失水量小孔相對面積小孔相對周長同面積相對失水量。
3.保衛細胞體積小,膨壓變化迅速 保衛細胞比表皮細胞小得多。一片葉子上所有保衛細胞的體積僅為表皮細胞總體積的1/13或更小。因此， 只要有少量溶質進出保衛細胞，便會引起保衛細胞膨壓(turgor pressure)迅速變化，調節氣孔開閉。
4. 保衛細胞具有多種細胞器 保衛細胞中細胞器的種類比其他表皮細胞中的多，特別是含有較多的葉綠體。保衛細胞中的葉綠體具有光化學活性，能進行光合磷酸化合成ATP，只是缺少固定CO2的關鍵酶Rubisco，但是保衛細胞的細胞質中含有PEP羧化酶，能進行PEP的羧化反應，其產物為蘋果酸(PEP+HCO3-→蘋果酸)。葉綠體內含有澱粉體，在白天光照下澱粉會減少，而暗中澱粉則積累。這和正常的光合組織中恰好相反。此外，保衛細胞中還含有異常豐富的線粒體，為葉肉細胞的5～10倍，推測其呼吸旺盛，能為開孔時的離子轉運提供能量。
5. 保衛細胞具有不均勻加厚的細胞壁及微纖絲結構 高等植物保衛細胞的細胞壁具有不均勻加厚的特點。例如水稻、小麥等禾本科植物的保衛細胞呈啞鈴形(mbbell shape)，中間部分細胞壁厚，兩端薄，吸水膨脹時，兩端薄壁部分膨大，使氣孔張開；棉花、大豆等雙子葉植物和大多數單子葉植物的保衛細胞呈腎形(kidney shape),靠氣孔口一側的腹壁厚,背氣孔口一側的背壁薄。並且在保衛細胞壁上有許多以氣孔口為中心輻射狀徑向排列的微纖絲, 它限制了保衛細胞沿短軸方向直徑的增大（圖2-11）。當保衛細胞吸水，膨壓加大時，外壁向外擴展，並通過微纖絲將拉力傳遞到內壁，將內壁拉離開來，氣孔就張開。圖 2-11 保衛細胞壁上徑向排列的?微纖絲與氣孔的運動 實線為氣孔開放時，虛線氣孔關閉時上圖為橫切面，下圖為表面觀
6 .保衛細胞與周圍細胞聯系緊密 保衛細胞與副衛細胞或鄰近細胞間沒有胞間連絲，相鄰細胞的壁很薄，質膜上存在有ATPase、K+通道，另外在保衛細胞外壁上還有外連絲(ectodesmata)結構，它也可作為物質運輸的通道。這些結構有利於保衛細胞同副衛細胞或鄰近細胞在短時間內進行H+、K+交換，以快速改變細胞水勢。而有胞間連絲的細胞，細胞間的水和溶質分子可經胞間連絲相互擴散，不利於二者間建立滲透勢梯度。 另外，保衛細胞能感受內、外信號而調節自身體積，從而控制氣孔大小，主宰植物體與外界環境間的水分、氣體等交換。因此，保衛細胞可說得上是植物體中奇妙的細胞。夠降低葉片表面的溫度。
環境意義
為大氣提供大量的水蒸氣，使當地的空氣保持濕潤，使氣溫降低，讓當地的雨水充沛，形成良性循環。
生理意義
蒸騰作用的生理意義有下列三點：
1．蒸騰作用是植物對水分的吸收和運輸的一個主要動力，特別是高大的植物，假如沒有蒸騰作用，由蒸騰拉力引起的吸水過程便不能產生，植株較高部分也無法獲得水分。
2．由於礦質鹽類（無機鹽）要溶於水中才能被植物吸收和在體內運轉，既然蒸騰作用是對水分吸收和流動的動力，那麼，礦物質也隨水分的吸收和流動而被吸入和分布到植物體各部分中去。所以，蒸騰作用對這兩類物質在植物體內運輸都是有幫助的。
3．蒸騰作用能夠降低葉片的溫度。太陽光照射到葉片上時，大部分能量轉變為熱能，如果葉子沒有降溫的本領，葉溫過高，葉片會被灼傷。而在蒸騰過程中，水變為水蒸氣時需要吸收熱能（1g水變成水蒸氣需要能量，在20℃時是2444.9J，30℃時是2430.2J），因此，蒸騰能夠降低葉片表面的溫度。
蒸騰作用的概括
蒸騰作用：
在植物體進行生命活動的過程中，不斷向空氣散發水分，水分以氣態在植物體內散發到體外的過程。
它受光照強度、環境溫度、空氣濕度和空氣流動狀況等因素的影響。葉是蒸騰作用的主要器官。
蒸騰作用的生理指標及影響蒸騰作用的因素
[1](一)蒸騰作用的生理指標
1．蒸騰速率（transpiration）又稱為蒸騰強度或蒸騰率。指植物在單位時間、單位葉面積通過蒸騰作用散失的水量。常用單位g./m2h、mg./dm2h。大多數植物白天的蒸騰速率是15～25g/m2/h，夜晚是1～20g/m2/h。
2．蒸騰效率(transpiration ratio)是指植物每蒸騰1kg水時所形成的干物質的克數。常用單位：g/kg。一般植物的蒸騰效率為1～8g/kg。
3．蒸騰系數(transpiration coefficient)又稱需水量，指植物每製造1g干物質所消耗水分的克數。它是蒸騰效率的倒數。大多數植物的蒸騰系數在125～1000之間。木本植物的蒸騰系數比較低，如松樹約40；草本植物蒸騰系數較高，玉米為370、小麥為540。蒸騰系數越低，則表示植物利用水的效率越高。
（二）影響蒸騰作用的因素
1．影響蒸騰作用的內部因素
(1)氣孔頻度（stomatal frequency,為每平方毫米葉片上的氣孔數），氣孔頻度大有利於蒸騰的進行。
(2)氣孔大小氣孔直徑較大，內部阻力小，蒸騰快。
(3)氣孔下腔氣孔下腔容積大，葉內外蒸氣壓差，蒸騰快。
(4)氣孔開度氣孔開度大，蒸騰快；反之，則慢。
2．影響蒸騰作用的外部因素蒸騰速率取決於葉內外蒸氣壓差和擴散阻力的大小。所以凡是影響葉內外蒸氣壓差和擴散阻力的外部因素，都會影響蒸騰速率。
（1）光照光對蒸騰作用的影響首先是引起氣孔的開放，減少氣孔阻力，從而增強蒸騰作用。其次，光可以提高大氣與葉子的溫度，增加葉內外蒸氣壓差，加快蒸騰速率。
（2）溫度溫度對蒸騰速率的影響很大。當大氣溫度升高時，葉溫比氣溫高出2～10℃，因而氣孔下腔蒸氣壓的增加大於空氣蒸氣壓的增加，使葉內外蒸氣壓差增大，蒸騰速率增大；當氣溫過高時，葉片過度失水，氣孔關閉，蒸騰減弱。
（3）濕度在溫度相同時，大氣的相對濕度越大，其蒸氣壓就越大，葉內外蒸氣壓差就變小，氣孔下腔的水蒸氣不易擴散出去，蒸騰減弱；反之，大氣的相對濕度較低，則蒸騰速率加快。
（4）風速風速較大，可將葉面氣孔外水蒸氣擴散層吹散，而代之以相對濕度較低的空氣，既減少了擴散阻力，又增加了葉內外蒸氣壓差，可以加速蒸騰。強風可能會引起氣孔關閉，內部阻力增大，蒸騰減弱。
蒸騰作用的過程
土壤中的水分→根毛→根內導管→莖內導管→葉內導管→氣孔→大氣

2. 如圖為驗證植物體蒸騰作用的兩套裝置，請分析回答：（1）如果讓你來驗證植物體的蒸騰作用，你選用哪一套

3. 怎樣檢查裝置氣密性

不同儀器有不同的方法：

1、空氣熱脹冷縮法 。

要檢查裝置是否漏氣，應先把導氣管的一端浸入燒杯或水槽的水中，用手緊握試管或用手掌緊貼燒瓶的外壁。若導管口就有氣泡冒出。把手移開，冷卻後，導管內有一段水柱流入，則表明裝置氣密性良好。

2、注水法 適用於檢查啟普發生器或類似於啟普發生器的裝置。首先關閉排氣導管，從頂部漏鬥口注水，當漏斗下端被水封閉後再注水，水面不下降，表明裝置氣密性好；如果水面下降，表明裝置氣密性差。

3、外接導管浸水法 在裝置的尾端導氣管上外接一段橡皮管和20～30cm長的玻璃導管，導管浸入試管內的水中，水進入導管一段高度後不再進入，內外液面高度差較大，把試管上下移動幾次，仍然如此，表明裝置氣密性好；如果水進入導管很多，液面高度差很小，表明裝置氣密性差。

4、滴定管壓氣法 取一支25mL滴定管，下端與橡皮管連接，橡皮管變曲成U形與裝置的尾端導管連接，滴定管內裝滿水。打開滴定管開關，水面下降一段距離後就停止不動，表明裝置氣密性好；如果水面一直下降不停，表明裝置氣密性差。

5、滴定管抽氣法 取裝水的一支25mL滴定管，其上端通過單孔橡皮塞和橡皮管與裝置尾端導管連接。打開滴定管的開關，如果水面下降一段後就停止不動，表明裝置氣密性好；如果水面一直下降，表明裝置氣密性差。

氣密性檢驗的原則是，先讓裝置和附加的液體(一般指水)，構成封閉的整體，改變這個整體的溫度，導致壓強的變化，來判斷氣密性好壞，由於裝置的不同，檢驗的方法也有所不同。

4. 下圖為某同學設計的探究綠色植物蒸騰作用的兩套實驗裝置，請分析回答：（1）如果讓你來驗證植物的蒸騰作

5. 蒸騰作用

（1）把下列四種裝置至於陽光下照射一段時間後，各塑料袋內的現象有何不同？
ABC三盆塑料袋內壁有許多水珠出現，A、C中水珠較B多。D基本上沒有。
（2）能夠合理說明植物蒸騰作用的裝置是 B ，可用來作為對照的裝置是 D ，其變數為 有無植物的葉。
（3）該實驗可證明植物蒸騰作用的主要器官是 葉 。
（4）在日常生活中，我們常需要移栽植物。下列做法中哪些合理運用了蒸騰作用原理？（ ABC ）

6. 設計一個證明植物具有蒸騰作用的實驗裝置

根部連水密封，測水減少量，或者整個密封除了根放在外面，然後測密封箱內水蒸氣含量

7. 怎樣用實驗驗證植物的蒸騰作用

實驗材料、儀器、葯品
（1）材料：兩枝粗細相近的闊葉枝條,如海南蒲桃枝條；取四株大小相同且葉數相同的嫩枝.
（2）儀器：試管架、試管若干、透明塑料袋七個左右、棉花； （3）葯品：凡士林、食用油.
實驗步驟
1、 植物的蒸騰現象
（1）選材：選取兩枝粗細相近的闊葉枝條,如海南蒲桃枝條,一枝將葉片去掉,一枝保留葉片.
（2）插管：將兩根枝條分別插入兩個同一型號的小試管內,枝條要插到試管底,並在兩支試管外壁標上A、B.
（3）加液：在兩支試管內分別加入一定量的紅墨水染紅的水,保持兩試管內紅水的液面高度一樣,液面上加適量的食用油,防止水分的蒸發.
（4）標記：用紅色橡皮筋從試管底套上,移動到液面位置,標記液面高度.
（5）固定：用棉絮把枝條包住,固定在試管口,然後將兩支試管放置試管架上. （6）罩袋：枝條露出試管外的部分分別用透明塑料袋罩住,袋口扎緊. （7）照光：將試管架放到陽光下,約3h. （8）觀察
2、 植物葉片上表面與下表面蒸騰作用的差異
（1） 取四株大小相同且葉數相同的嫩枝,分別進行一下處理：A、不處理；B、在葉片下表面塗上凡士林；C、葉片上、下表面塗上凡士林；D、竊取葉片並在切口處塗上凡士林.
（2） 將四株嫩枝加入四支試管,分別編號.
（3） 給每支試管加入等量的水,保持液面高度一樣,液面上加適量的食用油. （4） 用橡皮筋從試管底套上,移動到液面位置,標記液面高度. （5） 光照3h後觀察液面高度的變化

8. 我在看一下保留葉片和去掉葉片的兩只條的對照實驗可以用來驗證蒸騰作用是否正

（1）甲和丙作為一組對照實驗，實驗變數是葉，甲液面下降較大的原因是，葉的數量多，葉是蒸騰作用的主要器官，通過蒸騰作用散失的水分多，散失的水分是來自試管中的水．甲和乙可構成一組對照實驗，變數是溫度，探究的是溫度對蒸騰作用的影響．甲液面下降較大的原因是溫度越高蒸騰作用越強．
（2）油的蒸發速度非常小，在水的表面加上一層油，遮住了水分與空氣的接觸，可以減少水分的蒸發
故答案為：
（11分）（1）對照 甲 丙 甲 葉是蒸騰作用的主要器官 甲 乙 溫度 甲 溫度越高蒸騰作用越強
（2）防止水分從水面蒸發

9. 如圖表示「測定植物的蒸騰作用」的實驗．（1）實驗前，左右兩裝置的不同點是左樹枝上有樹葉，右樹枝上無

（1）一復組對照實驗分為實驗組和對制照組，實驗組是接受實驗變數處理的對象組；對照組是不接受實驗變數處理的對象組；因此本實驗中，有樹葉的左樹枝是對照組，無樹葉的右樹枝是實驗組．
（2）左樹枝上有樹葉，能夠進行蒸騰作用，因此左塑料袋內有水珠出現，其蒸騰散失的水分來自瓶內的水，故左瓶內水減少；右樹枝上無葉片，不能進行蒸騰作用，因此右塑料袋內無水珠，右瓶內的水幾乎沒有減少．
（3）本實驗證明，葉片是植物進行蒸騰作用散失水分的主要部位，塑料袋內的小水珠主要來自葉片散發出來的水蒸氣凝結而成的．
故答案為：（1）左樹枝
（2）有；無
（3）葉片