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1-5 葉子「吸收光譜」

葉子在暗處不是綠色的。所以並不是葉子本身會發著綠色的光。當照射到白光,葉子看起來才呈現綠色。

白光是由藍光、綠光、紅光三種顏色的光混合而成。為此,「為什麼葉子是綠色」,這個疑問,可以置換成以下更具體的問法:「為什麼葉子被藍光、綠光、紅光三種顏色的光混合而成的白光照射時,看起來會是綠色?」

葉子裡所含有的葉綠素有一個特性。是「一照白光會積極地吸收裡面的藍光和紅光,但不太吸收綠光」。不被葉綠素吸收的綠光,會被反射回去,或是穿過葉子。

由上方往下觀察照射白光的葉子,此時藍光和紅光會被葉子吸收,不會反射回去。因此不會進入上方觀察者的眼睛裡。所以葉子看起來不是藍色或紅色。相反地,綠光照射到葉子則會反射,進入上方觀察者的眼睛裡。所以葉子看起來是綠色的。

葉子由下往上看也是綠色的。照射葉子的白光裡所含的藍光和紅光,會被葉子吸收,不會向下穿過葉子。所以由下往上看,葉子也不會是藍色或紅色的。

反之,照射到葉子的綠光,有一部份沒有反射回去,而是進入葉子中,穿過葉子內部。因此,由下往上看時,綠光會從葉子跑出來進入觀察者的眼睛,所以葉子看起來是綠色的。說到底,不管由上面看或由下面看,葉子都是綠色的。

1-6 幼苗的「向性」

在照得到太陽的地方,種子一發芽,胚芽一定會向上生長。種子會在某個固定位置長出胚芽。但是,將小小顆的種子播到土裡面時,我們不會去考慮「胚芽會從種子的哪裡長出來?」也不會特意將未來長出胚芽的那個點朝上。

所以種子發芽的時候,長出胚芽的那個點會朝上或朝下不一定。即使如此,胚芽還是一定會向上生長。「為什麼胚芽會向上生長」,覺得很不可思議。

在日本國中小自然科教科書裡提過一個實驗,在全黑的箱子裡放入盆栽,然後在箱子側面鑽開一個小洞,讓光線可以從小洞照進去。箱子裡盆栽的莖桿會彎向光線進來的方向生長(參照1-13節圖)。所以,大家很容易想成「胚芽會向著來自上方的光源,朝上生長」,但事實上並不是這樣。胚芽在完全漆黑的環境下,也會向上生長。舉例來說,豆芽菜種在漆黑的箱子裡面,胚芽還是向上生長。另外,埋在土裡的種子發芽時,莖在完全黑暗的土壤中,仍然會朝土表面向上生長。

不管有沒有光線,胚芽都有分辨上下的能力。做個小實驗:將發芽的幼苗從土裡拔出來,水平橫放在漆黑的環境下。於是,過幾天莖頂會向上彎曲,開始朝上方生長。

然而並不是在任何地方做這個實驗都會得到一樣的結果。當在太空站等宇宙空間做這個實驗時,胚芽不會向上彎曲,只會朝水平方向生長。換句話說,在幾乎沒有重力的地方,胚芽並不會向上生長。

胚芽會感受重力而彎曲向上。重力是地球吸引物體的力量。植物受到刺激而改變生長方向,改變的方向會受到刺激方向所影響,這個特性稱為向性(tropism)。另外,一般說法,習慣將向性的刺激因子,標示在向性這個名詞前面。所以,若重力(地表)為刺激因子的情況,稱為向重性(向地性)(gravitropism)。

胚芽不會朝重力的方向生長,而是朝與重力相反的方向生長。所以會在「向」後面加「負」字,稱此現象為負向重性(負向地性)(negative gravitropism)。

1-11 「根壓」、「蒸散」、「內聚力」運輸水分

世界上最高的樹有115.5公尺高,相當於30多層樓的建築物高度。這棵樹是2006年9月發現於美國紅木國家公園的加洲紅杉。

根所吸收的水分一定要輸送到這麼高的樹木末梢的芽和葉。運輸水分的時候,根部會產生一股力量將水分向上推送,稱為根壓(root pressure)。將植物的莖或樹幹切斷後過一會兒,會有水珠累積在切口上。

在絲瓜生長旺盛的時期將莖部切斷,液體會從切口滲出來。此液體稱為「絲瓜水」,可當化妝水或是止咳藥。光是把莖切斷液體會滲出來的現象,是因為根部將莖部的液體往上推送的緣故。

從這個現象可以知道根部具有將水分向上推送的力量。這是根壓的力量。可是,光靠這股力量,不要說高大的植物了,水分連低矮植物的頂端也到達不了。

因此,葉子會藉由一種蒸散(transpiration)作用,將水以水蒸氣的形式散發至空氣中。所謂蒸散,是指水變成水蒸氣從葉子上的小孔排放出去的現象。葉子上佈有很多小孔,稱為氣孔(stoma)。從葉子蒸散的水分是來自根部所吸收的水,經由莖部中的導管運輸至葉子。導管中充滿著水分沒有氣泡。這樣的狀態下,水分子之間有強烈的鍵結而互相連在一起。這股讓水分子之間有著強烈鍵結的力量稱為內聚力(cohesion)。

導管往下連結至根部,往上連結至葉子的氣孔。導管中的水柱彼此有著強烈的鍵結沒有被氣泡中斷。因此,當水分變成水蒸氣從氣孔排至空氣時,還在導管中的水分會受排出的水分牽引而往上提拉上來。所以,水分從末梢葉子蒸散,底下的水分會上升上來。

這是植物供水至高處的機制。為了供水至地上的莖和枝幹末稍,必須要由葉子進行蒸散作用排出水分。
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