# 蒸腾作用

> 生物学 · CIE A-Level
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u7-transpiration/

蒸腾作用是植物叶片散失水蒸气的过程，它驱动水分和矿物质从根运输到枝条。本模块讲解水分运输的机制、调控因素、实验测量方法以及植物的适应性特征。

**先修:** [植物体内运输概述](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u7-transport-overview/); [木质部组织的结构](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u7-plant-tissues/)

## 学习目标

- 定义蒸腾作用，并概述其在植物中的功能作用
- 利用内聚-张力学说解释水分从土壤到叶片的运动过程
- 描述生物和非生物因素如何影响蒸腾速率
- 解释如何使用蒸腾计估算蒸腾速率
- 概述旱生植物减少蒸腾作用的适应性特征

## 蒸腾作用与内聚-张力学说

**蒸腾作用** — 植物地上部分（主要是叶片）通过开放气孔扩散，被动散失水蒸气的过程。这是气孔为光合作用吸收二氧化碳打开后不可避免的结果。

*例:* 在炎热干燥的一天，一棵大橡树通过蒸腾作用每天可散失超过100升水。

目前被广泛接受的水分沿木质部从根运输到叶片的模型是**内聚-张力学说**，该模型依赖水的两个关键特性。

**例题:** 根据内聚-张力学说，概述将水分从根木质部拉到叶肉细胞的事件顺序。

1. 1. 水分从叶肉细胞表面蒸发进入叶片气孔下腔，随后通过开放的气孔扩散出去。这一过程会带走叶肉细胞中的水分。
2. 2. 蒸发作用会在叶肉细胞壁的水分上产生张力（拉力），将更多水分从叶片木质部拉到叶肉细胞中。
3. 3. 水分子具有内聚力（通过氢键相互结合），因此木质部中的整个水柱会作为一条连续不断的链被向上拉动。
4. 4. 这种拉力降低了根木质部的压力，促使更多水分通过渗透作用从土壤进入根，维持水柱的连续性。

> **tip**
>
> 支持内聚-张力学说的证据：白天蒸腾作用最强时，树干会略微收缩，因为张力将木质部壁向内拉。

> **考试提示:** 如果你只提到内聚力而没提到张力，或者反之，几乎一定会失分——作答时必须同时提到两个术语并将它们关联起来。

## 影响蒸腾速率的因素

蒸腾速率取决于叶片气孔下腔和外界空气之间水势梯度的陡度，以及扩散速率。任何改变其中任一因素的条件都会改变蒸腾速率：

| 因素 | 对蒸腾速率的影响 | 原因 |
| --- | --- | --- |
| 光照强度升高 | 升高（直至达到平台期） | 光照下气孔为光合作用打开，增大了扩散通路 |
| 温度升高 | 升高 | 更高的动能增加了蒸发速率，降低了外界相对湿度 |
| 空气湿度升高 | 降低 | 减小了叶片和空气之间的水势梯度 |
| 风速升高 | 升高 | 带走气孔周围停滞的潮湿空气，维持陡峭的水势梯度 |

**例题:** 一名学生在15℃和25℃下测量蒸腾速率，其他所有条件保持不变。预测并解释速率的差异。

1. 预测：25℃下的蒸腾速率高于15℃。
2. 1. 更高的温度会增加叶片叶肉细胞中水分子的动能。
3. 2. 这会加快水分从叶肉细胞表面蒸发进入叶片气孔下腔的速率。
4. 3. 更高的温度还会降低外界空气的相对湿度，增大叶片和环境之间水势梯度的陡度。两个因素都会增加水分散失。

## 使用蒸腾计测量蒸腾速率

**蒸腾计** — 通过测量剪下的植物枝条的吸水速率来估算蒸腾速率的实验装置。植物吸水量大致等于通过蒸腾作用散失的水量，因此该方法能给出可靠的估算值。

在标准蒸腾计中，会向毛细管中引入一个气泡。当植物吸收水分补充蒸腾作用散失的水分时，气泡会沿毛细管移动。单位时间内气泡移动的距离可用于计算蒸腾速率。

**例题:** 一名学生组装好蒸腾计后，气泡在明亮光照下放置10分钟后没有移动。请给出三种可能的原因及解决方法。

1. 1. 原因：剪枝条时空气进入木质部，破坏了水柱，导致水分无法向上拉动。解决方法：在水下剪断枝条，防止空气进入，然后重新组装蒸腾计。
2. 2. 原因：枝条和蒸腾计之间的连接处没有密封，导致水泄漏而不是被吸收。解决方法：用凡士林密封连接处，使其防水气密。
3. 3. 原因：所有气孔都关闭，因此没有蒸腾作用发生。解决方法：将装置放在明亮光照下再放置10分钟，让气孔打开后再开始测量。

> **note**
>
> 考试中经常问到蒸腾计的局限性：请记住，并非所有吸收的水分都通过蒸腾作用散失——部分水分会用于光合作用和维持细胞膨压，因此它只是估算值。

> **考试提示:** 务必说明蒸腾计*估算*蒸腾速率，而非直接测量，才能拿到满分。

## 旱生植物减少蒸腾作用的适应性特征

旱生植物是适应在缺水的干燥生境生存的植物，因此它们进化出一系列结构和生理适应性特征来降低蒸腾速率，避免脱水。

- 厚蜡质角质层：减少水分通过叶片表皮的非气孔散失
- 下陷气孔：将潮湿空气困在气孔周围的凹陷中，减小水势梯度
- 减小叶片表面积（例如仙人掌的刺）：降低水分散失的总表面积
- 叶片表皮毛：将停滞的潮湿空气困在气孔周围，减少水分向外扩散
- 白天气孔关闭：温度最高时减少水分散失

**例题:** 解释下陷气孔如何降低蒸腾速率。

1. 1. 下陷气孔位于叶片表面下方的深凹陷中。
2. 2. 从气孔扩散出来的水蒸气会被困在凹陷内，不会被风吹走。
3. 3. 这会提高气孔孔口外侧空气的湿度，减小叶片内部和外界空气之间的水势梯度。
4. 4. 更小的梯度会降低水蒸气向外扩散出叶片的速率，从而降低整体蒸腾速率。

## 常见错误

- **错误做法:** 提到张力将水拉上木质部，但省略了水分子之间的内聚力
  - 原因: 维持连续水柱需要内聚力；没有内聚力水柱会断裂，水分无法运输
  - 正确做法: 解释水分沿木质部向上运输时，必须同时提到内聚力（水分子相互结合）和张力（蒸发产生的拉力）
- **错误做法:** 声称蒸腾计直接测量蒸腾速率
  - 原因: 蒸腾计测量的是吸水量，而部分吸收的水会用于蒸腾作用以外的过程
  - 正确做法: 始终说明蒸腾计*估算*蒸腾速率，因为吸水量大致等于失水量
- **错误做法:** 认为湿度升高会增加蒸腾速率，因为空气中有更多水
  - 原因: 蒸腾作用依赖水分沿水势梯度扩散；外界空气中水分更多会减小梯度
  - 正确做法: 外界湿度升高会减小叶片和空气之间的水势梯度，因此蒸腾速率降低
- **错误做法:** 组装蒸腾计时在空气中剪断植物枝条
  - 原因: 在空气中剪断会让气泡进入木质部，破坏水柱，阻止水分运动
  - 正确做法: 组装蒸腾计时始终在水下剪断枝条，防止空气进入木质部
- **错误做法:** 认为蒸腾作用对植物只有害处
  - 原因: 蒸腾作用对植物生存有关键的功能作用
  - 正确做法: 要认识到蒸腾作用可为光合作用提供水分，将矿质离子运输到植物全身，并通过蒸发冷却叶片

## 速查表

| 概念 | 考试核心要点 |
| --- | --- |
| 蒸腾作用 | 水蒸气通过气孔散失，是气体交换的必然结果 |
| 内聚-张力学说 | 内聚力 = 水分子之间的氢键；张力 = 蒸发产生的拉力 |
| 蒸腾计 | 估算速率 = 测量吸水量，并非直接测量 |
| 光照强度升高 → | 速率升高（更多气孔打开） |
| 温度升高 → | 速率升高（蒸发更快） |
| 湿度升高 → | 速率降低（水势梯度减小） |
| 风速升高 → | 速率升高（带走潮湿空气） |
| 旱生植物适应性 | 所有适应性的作用都是在干燥生境中降低蒸腾速率 |

## 下一步

蒸腾作用是CIE A-Level生物学中连接几乎所有植物生理学领域的核心过程。理解水分运动有助于解释植物如何获得和分配生长与光合作用所需的矿质离子，以及植物如何适应不同环境。蒸腾计实验是CIE笔试和实践考试中的常见考点，因此掌握其组装、误差来源和局限性对考试成功至关重要。蒸腾作用还与非生物胁迫反应相关，例如植物激素调控的气孔关闭。接下来你可以学习韧皮部中有机溶质的运输，加深对A-Level实践生物学的理解。

- [韧皮部转位](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u7-translocation/)
- [旱生植物适应性](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u7-xerophyte-adaptations/)
- [哺乳动物的物质运输](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u8-overview/)

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来自 [OwlsPrep](https://www.owlsprep.com) —— A-Level / IB / AP / IGCSE 免费学习指南，依据官方考纲编写。原页面：https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u7-transpiration/