染色科学:植物中染色水的毛细作用

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关键概念
植物生物学
毛细作用

染料
颜色

引言
你有没有听人说过,“那株植物渴了”或者“给那株植物喝点水”?我们知道,所有的植物都需要水才能生存,即使是插花和生活在沙漠中的植物也一样。但是,你有没有想过水是如何在植物体内移动的?在这个活动中,你将把康乃馨放在染色水中,以找出水去哪里了。你认为染色水会流向哪里,这能告诉你关于水在切花中如何移动的什么信息?

背景
植物利用水来保持其根、茎、叶和花朵的健康,并防止它们干燥和枯萎。水还用于将溶解的营养物质输送到整个植物。

大多数时候,植物从地下获取水分。这意味着它必须将水从根部向上输送到植物的其余部分。它是怎么做到的?水通过毛细作用在植物中移动。当将液体结合在一起的力(内聚力和表面张力)以及将结合的液体吸引到另一个表面的力(粘附力)大于重力时,就会发生毛细作用。通过这些结合力和表面力,植物的茎基本上会吸水——就像用吸管喝水一样!

观察毛细作用的一个简单方法是用一茶匙水,轻轻地倒在台面上形成一小池。你会注意到,水会聚在一起形成一小池,而不是在台面上铺开。(这是因为内聚力和表面张力。)现在,轻轻地将纸巾的一角浸入水池中。水会附着在纸上并“爬”上纸巾。这就是所谓的毛细作用。

材料
•     水
•     量杯
•     玻璃杯或花瓶
•     蓝色或红色食用色素
•     几朵白色康乃馨(至少三朵)。提示:新鲜的花朵比老的花朵效果更好
•     刀
•     相机(可选)

准备
•     量取半杯水,倒入玻璃杯或花瓶中。
•     在玻璃杯中的水中加入 20 滴食用色素。
•     在成人的帮助下,用刀将几朵(至少三朵)白色康乃馨的底部茎尖以 45 度角切开。提示:请务必不要使用剪刀,它们会压碎茎,从而降低它们的吸水能力。此外,较短的茎比长的茎效果更好。
•     将康乃馨放入染色水中。在执行此操作时,用康乃馨的茎搅拌水,直到染料完全溶解。

步骤
•     将花朵放入水中后立即观察它们。如果您有相机,请给花朵拍照。
•     将花朵放入染色水后两小时、四小时、24 小时、48 小时和 72 小时观察它们。请务必同时观察它们的茎,尤其是叶子从茎上分叉出来的凸起部分,以及颜色较浅的绿色部分(这里可能更容易看到染料)。如果您有相机,请在这些时间点拍摄花朵和茎的照片。
•     两个小时后,花朵看起来怎么样?四小时、24 小时、48 小时和 72 小时后呢?在这段时间内,它们的外观是如何变化的?
•     花朵外观的变化告诉你关于水如何穿过它们的什么信息?
•     额外在这个活动中,你使用了康乃馨,但是你认为你在其他花卉和植物上会看到相同的结果吗?用另一种白色花朵(例如雏菊)或主要由茎组成的植物(例如芹菜茎)尝试此活动。
•     额外:再次尝试此活动,但使用浓度更高或更低的食用色素,例如一半、两倍、四倍或十倍的量;请务必将每种染料量与相同量的水混合。如果您增加或减少水中食用色素的浓度,会发生什么?
•     额外你将如何制作一朵多色康乃馨?提示:您可以尝试 (1) 将花在一种颜色的水中放置一天,然后在第二天将其放入另一种颜色的水中,或者 (2) 将茎的末端分成两半,并将每一半浸入不同颜色的水中。


观察和结果
当你把花放入染色水中时,你是否看到一些花在两个小时后开始出现染料斑点?你是否也在茎中看到了一些染料?24 小时后,花朵的整体是否呈现出彩色色调?48 小时和 72 小时后,这种色调是否变得更加明显或更深?

水通过毛细作用在植物中移动。具体来说,水被拉过茎,然后向上到达花朵。在染色水中浸泡两个小时后,一些花朵的花瓣边缘应该已经清楚地显示出染色斑点。被拉上来的水会经历一个称为蒸腾作用的过程,即来自叶子和花瓣的水会蒸发。但是,它带来的染料不会蒸发,而是会留下来给花朵着色。水的流失会在叶子和花瓣中产生低水压,导致更多的有色水被拉过茎。到 24 小时时,花朵应该已经获得了整体的染色色调,并且随着时间的推移,这种色调会稍微变深。茎的某些部位,特别是叶子分支的地方也应该略微染色。

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