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葉子有常綠機制

生長於冬天田裡的蔬菜為了抗凍,會提高糖分和維他命等物質的含量。通常,水會在0℃結冰,但是溶解了糖分等物質的水,凝固點會降低,變得不容易結冰。圖/田中修

文/田中修

秋天,許多植物的葉子都會枯萎脫落,不過也有一些樹全年都長著綠油油的葉子,稱為「常綠樹」(evergreen tree),例如杉樹、松樹、日本冷杉、山茶花、丹桂等。

在冬季的低溫中,這些植物為什麼能維持綠色的葉子呢?以前的日本人一直覺得這個現象很奇妙,因此認為這種即使遇到寒冬也不枯萎、仍維持綠色葉子的樹木是「永恆的生命」,並把常綠樹當作靈木、神木來崇拜。

人們在祭祀活動上會拿紅淡比(Cleyera japonica)的枝葉象徵神木。日本櫁樹(Illicium philippinense Merr)則會用來供佛祭祖,紅淡比和日本櫁樹都是常綠樹。自古以來這些樹木都為日本人所珍視,栽種在神社、寺廟裡,受到人們的尊崇。

忍耐寒冷  油綠整年

然而,近年來大家好像已經不認為「常綠樹能一整年都綠油油的」這件事很神奇。因此,我反而很愛問大家:「為何常綠樹的葉子能一整年都維持綠色?」很多時候,大家會當場回答:「因為它們很耐寒啊!」

這個答案並沒有錯,但是,還有不足之處,因為這個答案沒有說明這些樹為了忍耐冬季嚴寒所做的努力。這些常綠樹並不是什麼都沒做就耐寒的。

降凝固點  低溫不凍

舉例來說,在酷暑將常綠樹的葉子暴露於低溫下,葉子會耐不住低溫而凍傷、枯萎,但是冬季時處於低溫下,它們的綠葉並不會因冬季的低溫而凍傷。這表示,同樣的綠葉,到了冬天時才做好萬全準備,以面對忍耐寒冷。

綠色的葉子在冬季也發揮著自己的功能──照射陽光、進行光合作用、合成養分。要發揮這個功能,就不能被冬季的低溫凍傷,所以必須有暴於冬季低溫之下也不會結冰的特性。

為此,這些葉子會在內部增加抗凍的物質,例如糖分(saccharides)。「糖分」可想像成「砂糖」。不含砂糖的水與砂糖水,哪一個比較難結冰?了解這一點,你便可明白為何冬季的葉子必需含有糖分。

將這兩個溶液放入冰箱冷凍,即可知道砂糖水比較難結冰。而且,溶解的砂糖量愈多,愈難結冰,這代表溶進水中的糖愈多,水溶液結冰的溫度會降得愈低。

液體的水變成固體的冰,稱為「凝固」。而可凝固的溫度,稱為凝固點(freezing point)。以普通的水來說,凝固點為0℃。不過,若水裡面溶解了砂糖等物質,結冰的溫度就會變低,這個現象稱為凝固點下降(freezing-point depression)。

「凝固點下降」是指「某種單純的液體,溶解愈多非揮發性物質,它變成固體的溫度會降低」。換言之,水中溶入的糖愈多,溶液的結冰溫度愈低。所以,葉子含有糖分,便可以不被冬季的低溫所冰凍,維持綠色的外貌。實際上,維生素類等物質的含量,也會因為感受到低溫而增加。由於上述物質會產生凝固點下降的效果,所以葉子不容易結冰。

內容與圖節錄自《三小時讀通植物學》,世茂出版授權使用

01 02 2024

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