Bài học

Thoát hơi nước — động lực kéo nước lên lá

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em giải thích được thoát hơi nước ở khí khổng tạo ra lực kéo cột nước trong mạch gỗ như thế nào, và mô tả được xu hướng thoát hơi nước thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm không khí, và gió.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước em đã biết mạch gỗ là hệ ống dẫn một chiều, chở nước từ rễ lên lá (same-grade bridge). Bài này trả lời câu hỏi còn bỏ ngỏ: điều gì thực sự kéo dòng nước đó đi lên, ngược cả với trọng lực?

Khởi động

Một cây gỗ lớn có thể cao vài chục mét, vậy mà vẫn đưa được nước từ rễ lên tới ngọn cây, dù bên trong thân cây không hề có một 'máy bơm' nào cả. Lực nào đã làm việc đó?

Kiến thức trọng tâm

Ở mặt dưới của hầu hết các lá có vô số lỗ nhỏ li ti gọi là khí khổng. Trong suốt quá trình sống, hơi nước liên tục thoát ra ngoài qua các khí khổng này — hiện tượng gọi là thoát hơi nước. Đây không phải là một sự lãng phí; ngược lại, chính quá trình này tạo ra động lực chính kéo cả dòng nước phía dưới đi lên.

Khi một phân tử nước thoát ra ở lá, nó kéo theo phân tử nước liền kề trong mạch gỗ nhờ lực liên kết giữa các phân tử nước với nhau, giữ cho cột nước bên trong ống mạch gỗ luôn liên tục, không đứt đoạn. Lực kéo này truyền dần xuống dưới, qua thân, tới tận rễ, tạo thành một lực hút liên tục từ ngọn cây xuống — chính lực này, chứ không phải một loại 'áp lực đẩy' nào từ rễ, là động lực chính đưa nước đi lên qua mạch gỗ.

Tốc độ thoát hơi nước không cố định, mà thay đổi theo điều kiện môi trường quanh lá. Nhiệt độ không khí càng cao, nước càng dễ bốc hơi, nên thoát hơi nước diễn ra nhanh hơn. Gió thổi mạnh cuốn hơi nước vừa thoát ra khỏi khí khổng đi ngay, giữ cho không khí sát bề mặt lá luôn ít hơi nước, nên thoát hơi nước cũng nhanh hơn. Ngược lại, độ ẩm không khí càng cao, chênh lệch hơi nước giữa bên trong lá và không khí xung quanh càng nhỏ, khiến thoát hơi nước chậm lại.

Đường cong chỉ minh hoạ xu hướng tăng dần, không phải số liệu đo thực tế; độ ẩm cao hoặc không có gió có thể làm đường cong này thấp hơn ở cùng một mức nhiệt độ.

Ví dụ

Vì sao cành cắt hết lá hút nước chậm hơn hẳn

1
Hai cành cây giống hệt nhau được cắm vào hai cốc nước pha màu: một cành giữ nguyên lá, một cành đã ngắt bỏ toàn bộ lá. Sau vài giờ, cành nào hút nước màu lên nhanh hơn? Giải thích.
2
Lực kéo chính đưa nước lên qua mạch gỗ đến từ thoát hơi nước diễn ra ở khí khổng trên lá.
3
Cành không còn lá cũng gần như không còn khí khổng đang hoạt động để thoát hơi nước, nên gần như mất đi nguồn lực kéo chính.
4
Cành còn nguyên lá vẫn tiếp tục thoát hơi nước bình thường, duy trì lực kéo liên tục, nên nước màu di chuyển lên nhanh và đều hơn hẳn.
5
Vậy cành còn nguyên lá hút nước màu lên nhanh hơn hẳn cành đã ngắt lá, vì thoát hơi nước ở lá chính là động lực chính kéo dòng nước đi lên qua mạch gỗ.

Ví dụ

So sánh hai cây trong hai điều kiện khác nhau (dạng đề kiểm tra)

1
Hai chậu cây giống hệt nhau, tưới cùng lượng nước như nhau vào buổi sáng. Chậu A đặt ngoài trời nắng, có gió nhẹ. Chậu B đặt trong phòng kín, mát, không có gió. Đến chiều, chậu nào có khả năng đất khô nhanh hơn và cây có dấu hiệu thiếu nước sớm hơn nếu không tưới thêm? Giải thích.
2
Chậu A có nhiệt độ cao hơn và có gió; chậu B mát hơn và không có gió — cả hai yếu tố này đều ảnh hưởng tới tốc độ thoát hơi nước.
3
Nhiệt độ cao làm nước bốc hơi nhanh hơn; gió liên tục cuốn hơi nước khỏi bề mặt lá, giữ chênh lệch hơi nước luôn cao, khiến thoát hơi nước ở chậu A diễn ra nhanh hơn hẳn chậu B.
4
Thoát hơi nước nhanh hơn kéo theo lượng nước cây hút từ đất và mất đi qua lá cũng nhiều hơn trong cùng một khoảng thời gian.
5
Vậy chậu A, đặt ngoài nắng và có gió, sẽ có tốc độ thoát hơi nước nhanh hơn, khiến đất khô nhanh hơn và cây có dấu hiệu thiếu nước sớm hơn chậu B nếu không được tưới bổ sung.

Sai lầm thường gặp

Nhiều bạn nghĩ thoát hơi nước là một sự lãng phí nước vô ích của cây, nên cây càng thoát hơi nước ít càng tốt — thực ra chính quá trình này tạo ra lực kéo chủ yếu đưa nước và khoáng chất đi khắp cây; một cây hoàn toàn không thoát hơi nước sẽ mất đi động lực vận chuyển chính. Một nhầm lẫn khác là nghĩ dòng chảy trong mạch gỗ đi lên nhờ một lực đẩy từ rễ đưa lên — thực ra động lực chính lại nằm ở đầu trên của hệ thống, tại chính lá cây, chứ không phải ở rễ.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Thoát hơi nước qua khí khổng tạo lực kéo liên tục, kéo cột nước trong mạch gỗ đi từ rễ lên lá. Tốc độ thoát hơi nước tăng khi nhiệt độ cao hoặc có gió, và giảm khi độ ẩm không khí cao.

Nước đã lên tới lá, sẵn sàng phục vụ quang hợp. Chương tiếp theo chuyển sang một dòng vận chuyển khác trong cây — dòng mang chất hữu cơ do lá tạo ra, đi khắp cơ thể.