根毛怎样吸水

大多数高等植物的吸水器官是根上的根毛。根毛很细，但是每株植物的根毛加起来总长度却很长。比如一株健壮的玉米，把根毛连接起来，可达二十五公里。这么多的根毛是怎么吸水的？后来知道，根毛吸水是通过细胞膜来完成的。细胞膜是一种很特殊的薄膜，它究竟怎样吸水呢？要弄清这个问题，还需要追溯到一百多年前的实验。早在1862年，英国化学家格拉汉姆发表了胶体物质的研究。
     几年以后，特劳伯就利用胶体来研究细胞的渗透现象。他用一滴胶体溶液加入到鞣质酸溶液当中，结果在这两种液体相接触的面上就形成了一种薄膜。后来又发现，这个膜只允许某些小分子物质（比如水）透过；而不让大分子的物质（比如糖、蛋白质、脂肪等）透过，科学家把这种膜叫做半透膜。特劳伯是第一个研究半透膜的人。后来，科学家费倍尔对半透膜进行了广泛的研究，认为动植物的细胞膜都具有半透性的特点。比如，根毛细胞、膀胱壁、毛细血管壁和肠壁等都是半透膜。
      为了进一步了解细胞膜是一种半透膜的道理，我们可以用带微孔的玻璃纸来做个实验。怎样使玻璃纸打上微孔呢？用小针吗？不行！针眼太大。要用化学方法来打孔。找一张普通玻璃纸，擦干净后平铺在大碗或大碟子里，倒进一些20％浓度的硫酸铜溶液，要浸没玻璃纸。在室温为10—20摄氏度下，浸泡一小时以后，用镊子取出来（硫酸铜有些毒性，不要用手取，以免误入嘴里）。用清水冲洗干净，半透膜就做成了。20％的硫酸铜溶液能把玻璃纸腐蚀成许多肉眼看不见的小洞洞。
       你把番茄汁包在玻璃纸半透膜里，用线把膜袋口紧紧扎住，然后慢慢地放在盛有浓盐水的瓶子里，让半透膜袋悬在盐水中。不一会儿，就看到半透膜袋明显地变瘪了。这是番茄汁中的水分通过半透膜进入了浓盐水里造成的。这时候，你把膜袋取出来，再把它悬在另一个盛有清水的深盆里。不久，你又会看到半透膜袋慢慢地鼓了起来。这是因为水分通过半透膜进入到玻璃纸半透膜袋里来了。植物根毛细胞的吸水跟这个道理完全一样。
       当土壤溶液的浓度小于细胞液的时候，根毛细胞就吸水；相反，根毛细胞就排水。但是必须强调，细胞膜绝不是一种简单的、机械的半透膜。它的功能跟活细胞的生命活力有密切关系，一旦活细胞的生命活动受到阻碍或停滞了，细胞膜的半透性也会发生很大变化，甚至丧失半渗透能力。再做这个实验，你就会更清楚地懂得根毛细胞的吸水道理了。把一个胡萝卜的顶部顶去，在切口面上用小刀挖一个圆孔，孔的大小要正好能塞紧一个软木塞（或像皮塞）。从圆孔向下，把胡萝卜心里的肉挖出去，成一个长柱形的深坑。注意不要把胡萝卜捅穿——这是实验成败的关键之一。
       找一个刚好能把坑口塞紧的软木塞。在软木塞的中心地也钻一个小孔，刚好能插进一根两头开口的玻璃管。在胡萝卜坑里灌满浓糖水（要用白糖或红糖，不能用葡萄糖）。塞上软木塞以后，糖水就进入玻璃管里，记下这时候玻璃管上的水位。然后，用熔化的蜡把软木塞封住，不能漏气——这是实验成败的关键之二。在一个干净的大玻璃或大口瓶里，装上干净的水，再把上面的一套装置放在水中，让玻璃管口露出水面。大约十分钟左右，玻璃管中的液面慢慢上升。
      如果玻璃管比较短的话，一小时以后，糖水就会从玻璃管的上口溢出来。时间越长，溢出来的水越多。你尝一尝溢出来的水有甜味，再尝尝杯子里的水，一点甜味也没有。可见，杯子里的水透过胡萝卜，渗进了胡萝卜坑里，所以糖水会增加；然而胡萝卜坑里的糖水却没有进到杯子里去。这是什么原因呢？
      秘密也在细胞膜上。胡萝卜的细胞膜就好像我们筛土用的筛子一样。筛子只允许小于筛孔的土粒通过，大于筛孔的土粒就过不去。像水和溶解在水里的食盐等无机物，它们的分子比较小，可以自由通过细胞膜，像白糖、红糖、淀粉、蛋白质等有机物，它们的分子大，就不能通过细胞膜。那为什么胡萝卜细胞里的水不会倒流到杯子里面去呢？这是由第二种因素，即膜的两边溶液的浓度来决定的。如果细胞液的浓度大于外面溶液的浓度，外面的溶液里的水分就会渗进细胞里；如果细胞液的浓度小于外面溶液的浓度，细胞液里的水会就分流出去。杯子里的清水不含糖类等有机物质，所以水就很快渗进胡萝卜里去了。
      在一般情况下，根毛细胞液的浓度总是大于土壤溶液的浓度，所以根里的水是不会倒流到土壤里去的！如果给花草树木及农作物施用太浓的肥料水时，植物体里的水就会倒流到土壤里，很快会打蔫甚至枯死。科学家利用细胞膜的半渗透特性，来速测种子的成活率，从而快速地了解种子的质量。方法很简单：取5毫升红墨水，用 95毫升的冷开水或自来水稀释，就配制成了5％的染色液。配制多少染色液要看种子多少来决定，配好随即使用。取50粒玉米种子，浸泡在30摄氏度左右的温水里，大约泡三四个小时。
      种子充分膨胀以后，用刀片把每粒种子纵切成两半。再把它们全部浸没在盛有红墨水染色液的碗里，半小时以后，把红墨水染色液倒掉，再用自来水反复冲洗种子，一直到冲洗后的水不带红色为止。最后把洗净的种子平铺在白纸上，仔细地察看每一粒种子的胚和胚乳的着色情况。如果种子的胚，特别是胚根部分，已经全部被染成红色，而且和胚乳的着色程度相近，这样的种子肯定是丧失发芽能力的死种子。如果种子的胚出现斑斑点点的红色，说明种子的部分组织已经死亡，是生命力较弱的种子。如果种子的胚和胚乳完全没有着色，或者略带浅红色，这些种子就是生命力较强的活种子。用这种方法就可以快速地测算出种子的发芽率。
       为什么用红墨水染色就能知道种子的死活呢？这是由于种子活细胞的原生质膜是一种半透膜，这种半透膜不能透过红墨水的微小颗粒，所以活种子的胚就不会染色。死种子细胞的原生质膜丧失了半透性，红墨水的颗粒就可以自由地进入细胞，胚和其他部位就很容易染上红色。