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Part1
多彩的植物

植物是大自然重要的组成部分,郁郁葱葱的植物使我们这个星球生机盎然,同时也给动物们提供了食物。植物身上有许多有意思的问题,比如,红叶为什么会变红?荷叶为什么不沾水?橡胶树流的“眼泪”又是什么呢?如果想知道这些问题的答案,就翻开本章去看看吧! MJliAuGda2Ep2SRdq2qOZVM6Rbzm6vqt+vNe9eR2eXUDZXlg60LbtRJurXdQ2qOG



荷叶的秘密

“池面风来波潋潋,波间露下叶田田。”(北宋·欧阳修)在炎热的夏季里,那一片片翠绿欲滴的荷叶,点缀着粉红的荷花,总是让人流连忘返。一场大雨过后,湖面波光潋滟,新长出来的荷叶上面沾着水珠,在阳光的照射下,水珠滚过来滚过去,折射出耀眼的光彩。而另外一些植物在大雨之后却很少出现这种情况。叶子上沾水之后,几乎不会形成水珠,而是水平铺开来,沾满叶子。这样看来,似乎是荷叶特别“讨厌”水,不愿意让雨水浸透它的身体一样。

如果我们仔细观察的话,可以发现,荷叶上的水珠底部,有一层银白色的东西闪闪发光。这又是什么呢?科学家们经过研究发现,原来荷叶上面密密麻麻地布满了我们眼睛看不到的小凸起——有些科学家把它称作“乳突”——像小葫芦一样,上面长满绒毛。这样一来,在“小葫芦”和绒毛之间,就形成了一层薄薄的空气层。而那层银白色的东西,就是水滴与空气层接触的表面。 以当水滴落到荷叶上面的时候,其实大部分是与那层薄薄的空气接触, 只有小部分是与那些凸起的“小葫芦”接触。我们知道,水在空气当中是会凝聚成滴的。因此,与其说雨滴是在荷叶上面滚动,倒不如说雨滴是在空气中游走了。在那些凸起的“小葫芦”的表面,还附着着一层薄薄的蜡质。这样一来,水滴就更不容易粘在荷叶表面上了。这就是荷叶“讨厌”水的秘密所在。类似的现象有时在一些厚的斜纹布上也会短暂出现。不过因为布料上没有蜡质,会吸水,不一会儿水就被吸到布料里面去了。

科学家们把像荷叶这样不易沾水、“讨厌”水的表面叫作“疏水表面”,而把与水亲和力强、“喜欢”水的表面叫作“亲水表面”。

荷叶表面的构造

这些荷叶的表面其实还有一种不太容易被大家注意到的神奇的特质——自洁。大雨过后,其他植物的叶子往往表面上有雨水冲刷的泥痕,而荷叶表面却一尘不染。这是因为,虽然荷叶表面是很“讨厌”水的,但是污垢、灰尘这些东西却很“喜欢”水。于是荷叶就连带着“喜欢”水的污垢和灰尘一起“讨厌”了。虽然污垢和灰尘会暂时落到荷叶上,可是由于那层薄薄的空气层的存在,它们根本无法在荷叶上粘牢。当有水滴滚过时,这些灰尘由于和水的结合更紧密,就会一起被水滴带走。故此,北宋的周敦颐才在《爱莲说》中写出“出淤泥而不染,濯清涟而不妖”,用荷花来比喻不受世俗污染的人。

这种具有自洁效应的疏水表面构造不仅存在于荷叶中,还广泛地存在于其他生物中。不仅睡莲、王莲叶片和诸如玫瑰花瓣这样的植物上存在,鸭子、天鹅这样的水禽的羽毛也是类似的构造。这样的微观结构不仅让它们难以沾上泥巴,不会把自己弄得脏兮兮的,同时也是它们对抗空气中细菌、真菌侵害的一种手段。

搞清楚荷叶的秘密之后,科学家们开动脑筋,研究出了一系列模仿荷叶表面构造的产品。超疏水涂料就是其中一种。它通过喷涂的方式,用纳米颗粒在物体的表面人为制造出像荷叶表面一样的构造。这样处理过的物体也被赋予了荷叶一样的性质。不论是泼水还是沾泥,拿出来之后表面都光洁如新。可以想象,大厦的玻璃幕墙如果用类似的方法处理的话,也可以省去高空清洗作业的麻烦,减少清洁工所要冒的风险。

随着科学的发展,我们一定会想出更多控制物体表面特性的方法,这些方法也会在更多的地方得到应用,让我们的生活更加美好。

小实验

疏水表面和亲水表面上的水滴比较

你见过荷叶上的水滴吗?为了比较亲水表面和疏水表面上水滴的样子有什么区别,我们可以用玻璃板(表面为二氧化硅)来代表亲水表面,用不粘锅(表面涂层为特氟龙,一种疏水塑料)来代表疏水表面。分别在玻璃板上和不粘锅里各滴一滴水,仔细观察水滴的形状。哪一滴比较平?哪一滴比较圆? /z8MJCYdpGXe5ZDhXF9HDiPrhwuLOJWZ18vlbz0Pg9aKNxFqjh4IJ8Y9S41SXVHu



花朵的颜色从哪来?

传说中有一种很神奇的花,叫七色花。七色花有七片花瓣,每个花瓣的颜色都不一样,分别是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。如果撕下一片七色花的花瓣扔出去,再说出自己的愿望,愿望就能实现。有一个小女孩得到了七色花,在撕到第七片花瓣的时候,许愿让另一个跛脚的小男孩恢复健康。七色花立刻满足了她的愿望,小男孩站了起来。

这是苏联童话作家卡达耶夫创作的著名童话故事《七色花》。现实中虽然不存在能满足人愿望的七色花,但花朵确实是有那么多种颜色的。不知大家参观过植物园没有,各种植物一到花季,都争先恐后地绽放出最艳丽的花朵。一时间万紫千红,分外妖娆。红色的月季,黄色的蒲公英,粉色的牡丹,蓝色和紫色的牵牛花、薰衣草……它们的颜色或浓或淡,各有各的美丽。可是不知大家想过没有,花朵为什么要有这么鲜艳的颜色,这些颜色又是怎么来的呢?

其实这个地球上早在人类诞生之前,就有这些花草了。它们之所以要开出鲜艳的花,实在是“生活所迫”。在一大片绿色的草地上,只有鲜艳的花朵才能快速被昆虫发现,吸引昆虫前来传粉。而那些花朵的颜色不显眼的植物,由于很难繁衍后代,慢慢灭绝或者改用其他方法传粉了。

有一些植物在巨大的生存压力下,慢慢进化出了颜色偏红、橙、黄色的花朵。 这是花朵中含有类胡萝卜素的缘故。

化学加油站

类胡萝卜素

类胡萝卜素是一类有机色素,目前已被发现的超过600种。它们广泛地存在于植物、藻类、真菌的细胞里,但不能在动物体内合成。类胡萝卜素根据结构中是否含有氧原子又分为叶黄素类和胡萝卜素类两大类。其中叶黄素类物质在绿色叶子中含量很大,而胡萝卜素类物质是很多瓜果蔬菜显出橙色和红色的原因,如胡萝卜、哈密瓜、辣椒等。

(叶黄素的一种)

(胡萝卜素的一种:β-胡萝卜素)

由于类胡萝卜素大多呈橙色、红色和黄色,所以花朵的颜色也在这几种颜色之间。每年初春时开放的迎春花,里面就含有类胡萝卜素。

顺便说一句,类胡萝卜素在蔬菜中也广泛存在,而且对身体是很有好处的。不过我们的身体没法自己合成,只能从食物中获取。所以西红柿、南瓜这些红红黄黄的蔬菜,是身体必需的!

还有一些植物,虽然没有进化出以类胡萝卜素为主要呈色色素的花朵,却获得了另一种天然色素——花青素。花青素就更神奇了,它可以随环境酸碱性的不同来改变自己的颜色,堪称色素中的“变色龙”。

化学加油站

花青素

花青素是类黄酮类水溶性色素,存在于植物的花瓣、果实和根茎等处。花青素可随酸碱性的不同而变色,酸性时呈红色,碱性时呈蓝色,中性时呈紫色。这与其在不同酸碱度时的水解产物不同有关。

花青素中的一种

花青素:R 1 -R 7 可以是各种取代基

花青素会改变颜色这一特性,是它的魅力所在。我们常见的牵牛花甚至可以在一天之内改变颜色,呈现出红、紫、蓝不同的颜色。我们可以用一个小实验来模仿和观察这种美丽而奇特的现象。

小实验

牵牛花色素随酸碱性而改变颜色的实验

实验材料:玻璃瓶、紫色牵牛花、白醋、纯碱、纯净水。

实验步骤:

1.把牵牛花有颜色的部分撕碎,用少许纯净水浸泡,提取色素。

2.准备三个小玻璃瓶,加入少许浸泡牵牛花的水。

3.向三个瓶子中分别滴几滴白醋、纯净水和纯碱溶液,观察三瓶溶液的颜色变化。

通过实验我们可以看到,滴了白醋的瓶子颜色会变得粉红粉红的,像某些红色的牵牛花那样;滴了纯碱溶液的瓶子颜色会变得偏深蓝,像蓝色的牵牛花那样;而滴了纯净水的瓶子颜色基本没有变化,还是紫色的。环境的酸碱变化会通过水解作用改变花青素分子的结构,从而改变它吸收光的频率,也就是变色。

可是在植物体内,是怎么做到变色的呢?原来, 在花朵上的植物细胞液泡 膜上有质子泵, 它们正是通过这种结构调节液泡内外的氢离子浓度,从而改变酸碱性的。

事实上,植物花朵内所含色素的种类非常复杂,不光有类胡萝卜素和花青素,还有类黄酮、甜菜色素、醌类色素等很多种。植物的花朵通常是各种色素都含有,不过比例不同,这才呈现出绚丽多彩的颜色。这些色素大多结构复杂,分子内具有广泛共轭的结构,所以可以吸收可见光光谱内的光,显示出不同的颜色来。

还有些植物花朵里不含色素,不过细胞间有很多间隙,在光线照射下会发生散射,显示出白色来。

科学家们对花朵中色素的研究成果早已应用到了我们的生活中。以花青素为例,它已经成为一种重要的食品添加剂。由于是天然色素,它毒性小、安全剂量很高,作为食用色素使用非常合适,很多糖果、糕点、饮料、酒类中可以添加。提取自杜鹃花的杜鹃花红是另一种天然色素,它色泽鲜艳、着色力强,对光、热的稳定性好,对酸、碱、二氧化碳等均具有一定的稳定性,可以添加进各种食品、饮料甚至化妆品中。还有的色素不仅能用于染色,还有药用价值。

我们相信,通过对这些色素的研究,科学家们一定还能开发出更多新奇的产品来,让我们这个世界更加绚丽多彩。 /z8MJCYdpGXe5ZDhXF9HDiPrhwuLOJWZ18vlbz0Pg9aKNxFqjh4IJ8Y9S41SXVHu

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