Bạn có bao giờ ngắm một cái cây cao lớn và tự hỏi làm thế nào nó có thể đưa nước từ lòng đất lên tận ngọn lá xanh tươi? Đó không phải là phép thuật, mà là một cỗ máy sinh học hoàn hảo. Hãy cùng khám phá vì sao cây hút nước qua rễ và hành trình đáng kinh ngạc của dòng nước bên trong thực vật.
Hiện tượng thẩm thấu đưa nước vào rễ thế nào?
Cánh cửa đầu tiên của hành trình này chính là bộ rễ của cây, và chìa khóa là một hiện tượng vật lý gọi là thẩm thấu (osmosis).
- Sự chênh lệch nồng độ: Bên trong các tế bào lông hút của rễ cây, nồng độ các chất hòa tan (như muối khoáng) luôn cao hơn so với nồng độ trong đất.
- Dòng chảy tự nhiên: Theo nguyên tắc thẩm thấu, nước sẽ luôn di chuyển từ nơi có nồng độ chất tan thấp (đất) đến nơi có nồng độ cao hơn (rễ cây) để tạo sự cân bằng. Hãy tưởng tượng rễ cây giống như một miếng mút khô được đặt vào vũng nước, nước sẽ tự động thấm vào.
- Màng bán thấm: Màng tế bào của rễ hoạt động như một chiếc rây siêu nhỏ, chỉ cho phép phân tử nước đi qua mà không cho các chất tan bên trong đi ra, duy trì sự chênh lệch cần thiết cho quá trình hút nước.
>>> Bài viết liên quan: Chất diệp lục là gì và vì sao lá cây cần hút ánh sáng để quang hợp?
Tại sao lực mao dẫn giúp nước đi ngược trọng lực?
Sau khi vào được bên trong rễ, nước cần một lực để di chuyển lên thân, chống lại trọng lực của Trái Đất. Lúc này, lực mao dẫn trong các mạch gỗ (xylem) sẽ ra tay.
- Những ống hút siêu nhỏ: Thân cây có chứa hệ thống mạch gỗ giống như hàng triệu chiếc ống hút siêu nhỏ chạy dọc từ rễ lên lá.
- Lực kết dính và lực bám dính: Nước có một đặc tính tuyệt vời là các phân tử của nó thích dính vào nhau (lực kết dính) và cũng thích bám vào thành của vật chứa (lực bám dính). Trong các ống xylem siêu hẹp, lực bám dính giúp nước bám vào thành mạch, còn lực kết dính kéo các phân tử nước khác đi theo, tạo thành một cột nước liên tục được "kéo" lên trên.
>>> Chi tiết tại: Điều kỳ diệu của sự sống: Quá trình hạt nảy mầm và mọc thành một cây
Vì sao lá cây thở lại hút nước mạnh mẽ?
Nếu thẩm thấu là cửa vào và mao dẫn là con đường, thì quá trình thoát hơi nước ở lá chính là động cơ kéo toàn bộ cỗ máy này hoạt động.
- Thoát hơi nước (Transpiration): Trên bề mặt lá có hàng ngàn lỗ khí nhỏ li ti gọi là khí khổng. Cây sẽ "thở" và giải phóng hơi nước qua các lỗ này. Quá trình này rất cần thiết cho việc làm mát cây và trao đổi khí cho quang hợp.
- Tạo lực hút: Khi một phân tử nước bay hơi khỏi bề mặt lá, nó sẽ kéo phân tử nước ngay sau nó đi lên để lấp vào chỗ trống (nhờ lực kết dính).
- Hiệu ứng "chuỗi xích": Lực kéo này tạo ra một hiệu ứng dây chuyền, truyền đi suốt cột nước từ lá xuống thân và đến tận rễ. Lực hút này mạnh đến mức nó là động lực chính kéo nước từ đất lên ngọn cây cao hàng chục mét.
Vậy là ba cơ chế thẩm thấu, mao dẫn và thoát hơi nước đã phối hợp nhịp nhàng để tạo nên kỳ tích. Đây là một bài học tuyệt vời về sinh học thực vật. Bạn có thể tự mình làm một thí nghiệm cây đơn giản như cắm một cành cần tây vào ly nước có pha màu thực phẩm để quan sát trực tiếp hành trình của nước đấy!
>>> Đọc thêm tại đây: Hành trình vươn cao của cây xanh để chống lại lực hút của trái đất
