木質部內物質上升的原理

木質部內物質上升的原理 (Xylem)
臺北市立建國高級中學生物科朱芳琳老師/國立臺灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

當水分進入植物根部中柱內的木質部後，便開始進行長程的運輸，這段運輸的過程可能長達數十公尺，例如在澳洲，曾記錄過有樹高超過130公尺的尤加利屬植物。

究竟植物是以何種力量將水向上推升呢？答案是根壓的推力與蒸散作用的拉力。

根壓

根壓的產生主要是因為植物中柱與土壤間的滲透壓差異，而這個差異產生的原因又與內皮層上的卡氏帶有關。因為卡氏帶的阻擋，礦物質分子被根部細胞以主動運輸的方式送入中柱，因而增加了中柱的滲透壓，同時也造成水分被動流入中柱。進入中柱的水分，又因卡氏帶阻擋無法任意向外擴散回皮層，於是在中柱的導管中便產生了一股正壓，將水柱沿著導管向上推升，此即為根壓。

根壓可以在切斷莖的植物觀察到，水分由莖部切口冒出來的現象，就是根壓造成的。但因為根壓的力量並不是很大，通常只在小型的草本植物與少數木本植物可以觀察得到，對於大型的木本植物的木質部運送影響很少。

蒸散作用

蒸散作用是植物體內水分上升最主要的動力。當水分由氣孔蒸散出去時，會造成鄰近葉肉部位的水分含量減少，換句話說，蒸散作用會使該處壓力下降而形成負壓，因此對維管束中水柱產生一股吸引力，只要水柱是連續的，此負壓可以經由葉脈傳遞到根部，將水一路由根部向上拉至葉肉細胞中。

此理論可經由樹徑記錄器得到證實，在夜晚當蒸散作用減緩時，先測量樹木的直徑，到了清晨蒸散作用開始，可以發現樹木的直徑開始縮小，此種現象最先出現於上側靠近葉片處，然後逐漸往下傳遞。這是因為莖本身具有輕微的彈性，當水柱產生向上的吸引力時，將導管內壁向內拉，使得樹木的直徑縮小。

另外，由於木質部的導管與假導管的管徑都很細，因此毛細作用也有助於使水柱上升。毛細作用主要源自於水分子與管壁間的附著力、和水分子本身的表面張力(源自於水分子的內聚力)兩者有關。當水分子被管壁上的極性分子向上吸引而向上流時，水分子本身強大的內聚力則會使毛細管腔中的水也往上拉。

由此可知，蒸散作用產生的拉力之所以可以繼續維持，重點在於木質部內水柱的完整性，若是導管內出現水泡打斷了水分子間的內聚力，將使得水柱無法繼續上升。在日常生活經驗中，購買切花回家，最好要先修剪莖部，再插入花瓶中，目的便是防止莖底部可能產生的空氣，使水柱不連續，而造成切花提早枯萎。