식물이 물을 뿌리부터 끌어올리는 원리를 알고 싶어요
어렸을 때 과학시간에 배웠던 기억이 나는데 잘 기억이 나지 않네요 식물들 있잖아요 식물들은 뿌리부터 시작해서 물을 끌어올리잖아요 이런 원리는 어떻게 되는 건지 알고싶어요
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
식물이 물을 뿌리부터 끌어올리는 원리는 수송계통(transpiration stream)이라고 불리는 과정을 통해 이루어집니다. 이 과정은 뿌리부터 잎사귀까지의 물 공급을 유지하기 위해 수분과 영양분을 식물의 전신에 공급하는 중요한 역할을 합니다.
먼저, 뿌리는 토양에서 물과 영양분을 흡수합니다. 흡수된 물과 영양분은 뿌리 속의 흡수세포를 통해 식물의 전신으로 이동하게 됩니다. 그리고 이를 흡수세포에서 수송세포로 이동시키는 데, 칼륨 및 당류 등의 화학물질이 도움을 줍니다.
수송세포는 식물 전신을 아우르는 수송계통을 형성하며, 이계통은 전체적으로 하나의 연결된 관통구조를 이룹니다. 이 수송계통을 따라 물과 영양분은 뿌리에서 잎사귀로 이동하게 됩니다. 물 분자는 수송세포 사이의 공간으로 이동하며, 이동하는 동안 물 분자 간의 인력력과 점착력의 상호작용에 의해 저항이 발생하게 됩니다. 이 저항은 수송계통을 통과하는 물 분자의 속도를 감소시키고, 물 분자가 이송되는 속도를 제어합니다.
결국, 식물은 잎사귀 내부의 기공을 통해 물을 증발시키고, 이에 따라 수송계통에서 물 분자의 수가 감소하게 됩니다. 이에 따라 수송계통의 하단부에 위치한 뿌리에서 물을 끌어올리는 원리가 이루어지게 됩니다. 이러한 과정에서, 식물은 뿌리에서 잎사귀까지 물과 영양분을 공급받으며, 이를 통해 생장과 대사활동을 유지합니다.
안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.
보통 모세관현상을통해 물이 얇은 관을타고 올라오도록 식물내부 물관을 만들어줍니다.
감사합니다.
식물이 물을 뿌리부터 끌어올리는 원리는 "증기압 차이"와 "순환수레"의 원리를 이용합니다.
식물의 뿌리는 지하 수분을 흡수하기 위해 만들어진 구조입니다. 뿌리말단에 있는 뿌리모자란 부분은 미세한 뿌리털이 밀집한 부분이며, 이 부분이 물을 흡수합니다. 뿌리털로 물이 흡수되면 뿌리를 통해 상부로 이동하게 되는데, 이때 증기압 차이가 이용됩니다.
증기압 차이는 높은 증기압을 가진 곳에서 낮은 증기압을 가진 곳으로 물이 이동하려는 성질입니다. 증기압은 온도와 관련이 있으며, 더 높은 온도일수록 높은 증기압을 가지게 됩니다. 따라서, 식물의 뿌리는 지하에 있어서 물의 증기압이 높고, 상부에서는 증기압이 낮아서 물이 뿌리에서 상부로 이동하게 됩니다.
이동하는 물은 수분과 영양분을 함께 운반합니다. 이러한 수분과 영양분을 함께 운반하는 것을 "순환수레"라고 합니다. 즉, 뿌리가 물을 흡수하여 상부로 이동시키고, 상부에서는 잎이나 줄기를 통해 이동된 물을 수증기로 방출하면서 순환하는 것입니다.
이렇게 식물은 뿌리를 통해 물과 영양분을 흡수하고, 이것을 상부로 운반하여 식물체 전체에 공급합니다. 이 과정에서 증기압 차이와 순환수레의 원리가 이용되어, 식물이 물을 뿌리부터 끌어올리는 것이 가능합니다.
안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.
모세관 현상은, '별다른 힘을 주지 않더라도 좁은 구멍을 가진 관속으로 액체가 올라가는 것'을 말합니다.
식물의 줄기의 물관과 체관을 보면 매우 가늡니다. 즉 구멍이 좁죠.
모세관 현상때문에 별다른 힘을 주지 않더라도 액체가 조금씩 위로 올라가기 때문에, 물이 더 잘 올라가는 것입니다.
안녕하세요. 박병윤 과학전문가입니다.
식물이 물을 당기는데는 삼투현상에 의한 뿌리압, 모세관현상,증산작용등이 복합적으로 이루어진다고 합니다.
- 뿌리압 : 흙보다 뿌리의 물질농도가 높아 뿌리쪽에서 물이 흡수됨
- 모세관현상 : 액체가 외부도움없이 좁은 관을 오르는 현상
- 증산작용 : 증산작용으로 잎에서 물이 빠져나가면 잎세포는 물을 보충하게위해 물관으로 부터 물을 끌어올림
도움이 되셨나요.
안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.
나무는 물을 끌어올리는데 삼투압 현상을 이용합니다. 뿌리털이 있는 부분에서 흙의 물질 농도보다 높은 농도를 가진 물질을 가지고 있기 때문에 흙 속의 물이 뿌리털의 세포막을 통해 뿌리 속으로 들어가게 됩니다. 이렇게 뿌리털에서 흡수한 물은 뿌리 안쪽으로 이동하여 물관에 도달하고, 물관을 통해 식물 전체로 전달됩니다.
또한, 줄기에는 물과 양분이 이동할 수 있는 관다발이 있습니다. 관다발은 여러 개의 물관과 체관으로 이루어져 있습니다. 물관은 무기양분을 이동시키는 역할을 하고, 체관은 유기 양분을 이동시킵니다.
잎에서 증산 작용이 일어날 때는 잎에 있는 세포가 물을 잃어버리게 됩니다. 이때 세포는 잃어버린 물을 보충하기 위해 잎맥의 물관으로부터 물을 끌어올리게 됩니다.
안녕하세요. 김경욱 과학전문가입니다.
식물이 물을 뿌리에서 끌어올리는 원리는 총 2가지의 메커니즘으로 이루어져 있습니다.
증기압 차이 : 식물은 뿌리로부터 물을 흡수하면서 뿌리 속의 물안에 농축된 무기염, 당, 아미노산 등의 물질들이 농축되어 osmotic pressure(초자기력)가 발생합니다. 이로인해 식물의 줄기와 잎 안쪽에 있는 물의 증기압이 낮아지게 되고, 공기중 물 증기압이 높아지면, 자연스럽게 높은 압력에서 낮은 압력 쪽으로 물이 이동하게 됩니다. 이러한 현상을 증기압 차이 혹은 증기압 그라디언트라고 합니다.
연속 체력( Cohesion-tension theory) : 식물의 줄기와 잎 안에 있는 물 분자들이 서로 붙어 있어서, 어느 한 분자가 증발하면 그 분자들과 인접한 분자들도 따라서 수증기로 변하게 됩니다. 이것을 증발 수압이라고 합니다. 이 수압은 줄기와 잎의 측면 면에 형성되며, 이에 반해 뿌리에는 물이 흡수되어 음압 상태가 생깁니다. 이때, 연속체력의 원리에 따라서 수압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 물이 이동하게 되는데, 이것이 연속체력 메커니즘입니다.
식물의 뿌리에서 잎으로 이동하는 물의 양을 결정하는 것은 증기압 차이와 연속체력 메커니즘이 결합된 형태로 발생하는데, 이러한 메커니즘이 식물의 물 흐름에 중요한 역할을 합니다.
안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다. 식물들은 뿌리를 통해 물과 영양분을 흡수하고, 그것을 줄기와 잎으로 운반해서 광합성을 할 때 사용합니다.
식물이 물을 뿌리에서 끌어올리는 원리는 적극적인 흡입력과 수소결합력이 작용하는 것입니다. 뿌리는 수분이 있는 토양을 향해 성장하고, 그 과정에서 수분과 영양분을 흡수합니다. 이때 뿌리가 수분을 흡수하는 데 필요한 에너지는 뿌리 안의 작은 세포에서 만들어지는 ATP와 같은 분자의 에너지를 사용합니다.
수분을 흡입하는 뿌리 세포는 뿌리 끝에 위치하며, 이들 세포에서는 수분 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동합니다. 이렇게 수분 농도의 차이가 발생하면, 뿌리 세포와 토양 입자 간에 수소결합력이 작용하게 되어 수분이 토양 입자에서 뿌리 세포로 흡입됩니다. 이 과정에서 뿌리는 적극적으로 수분을 끌어들이기 위해 에너지를 소비하며, 이를 통해 물을 상승시킵니다.
이렇게 뿌리에서 물이 상승하면 줄기와 잎으로 물이 운반됩니다. 이때 식물 내부에서는 산소와 이산화탄소 등이 교환되며, 광합성과 호흡이 이루어집니다.
식물들이 뿌리를 통해 물을 흡수하고 상부로 올리는 과정은 뿌리흡수와 수송의 원리에 기반합니다.
우선, 식물의 뿌리는 물과 영양분을 흡수하기 위한 주요 기관입니다.
뿌리의 끝단에는 수많은 미세한 모세관(root hair)이 존재합니다.
이 모세관은 물과 함께 뿌리에서 흡수한 미네랄과 영양분을 식물 내부로 전달하는 역할을 합니다.
안녕하세요. 박재민 과학전문가입니다.
식물이 물을 뿌리로부터 공급받는 방법은 크게 3가지 원리가 있습니다.
1. 삼투압현상
: 흙보다 뿌리의 물질 농도가 더 높으므로 흙 속의 물이 뿌리털의 세포막을 통과할 때 뿌리털 내부의 물질농도가 낮아지면서 뿌리털 내부에 압력이 생기고 이 압력으로 인해 뿌리털 내부의 수액이 위쪽으로 흐르게 됩니다².
2. 증기압차
: 식물의 잎에서 수분이 증발하면서 생기는 수증기가 공기 중에 존재하게 되고 이 수증기는 공기 중의 수증기보다 포화수증기압이 낮아져서 공기 중으로 나가게 됩니다. 이렇게 나간 수증기는 대기 중의 수증기와 혼합되어 포화수증기압이 낮아진 상태로 유지됩니다. 그러면 식물 내부에서는 수증기가 많은 상태에서 적은 상태로 이동하려는 경향이 생겨서 식물 내부에서는 수증기가 많은 곳에서 적은 곳으로 이동하게 됩니다.
3. 뿌리막투과
: 식물의 뿌리막은 막성분과 단백질성분으로 구성되어 있습니다. 이 막성분과 단백질성분은 물을 통과시키지 않습니다. 하지만 식물의 뿌리막에는 작은 구멍들이 있어서 이 구멍들을 통해서만 물이 통과됩니다.
식물에 따라서 이 3가지 원리 중 어느 것이 주된 원인인지 다를 수 있습니다.