日本的一種花淋雨後會變透明,是什麼原理?
花瓣變透明涉及到表面和內部性質,以及其所造成的光學特性的變化。由於細胞液的折射率和水相近,因此光線透射的部分增加,因此花瓣就顯的透明瞭。
サンカヨウ(山荷葉)的學名是Diphylleia grayi ,小檗科山荷葉屬植物,主要分佈在日本北部,我國也有分佈,不過可能不多。至於爲什麼會變透明,這實際上涉及到了花瓣的表面和內部性質,以及其所造成的光學特性的變化。
首先,植物花瓣的白色並非是本身含有白色的色素,而是植物花瓣細胞高度空泡化的結構所致。花瓣中含有衆多填充空氣的小泡和細胞間隙,它們和無色的細胞間形成了衆多的反射介面(可以視作氣液交介面,可形成全反射),因此光線射入花瓣後發生了漫反射,由此顯示爲白色。這也就是爲何白色花瓣按壓後會透明的原因,因爲按壓以及細胞釋放的細胞液破壞了這些含氣空間。
通常,花瓣表面的表皮細胞會形成衆多突起,且細胞表面覆蓋有蠟質層,以此防止水填充進這些含氣的空間(自然界的水是病原入侵植物的主要途徑之一)。所以我們能看到花瓣上的水珠因爲表面張力收縮成一個球形,這就是所謂的”Petal effect(花瓣效應)“。值得注意的是,這種Petal effect雖然和荷葉表面滾動水珠的所謂”lotus effect(荷葉效應)“形成的原理相似,但結果是不同的。花瓣效應中,水珠和花瓣的接觸位置有黏附性,因此水珠不會隨意滾動。
但是在某些情況下,如由於物種差異,花瓣本身蠟質層較薄;或花瓣衰老、表皮細胞間隙增加;或被水長時間浸泡等,水會進入細胞間隙和空泡。由於葉片內部細胞表面沒有蠟質層覆蓋,且植物細胞壁的纖維素、半纖維素、果膠等成分是親水性的,因此水分會很快填充和浸潤整個花瓣內部空間,從而消除了原本廣泛存在的空氣-液體介面,進而失去了造成廣泛漫反射的條件。由於細胞液的折射率和水相近,因此光線透射的部分增加,因此花瓣就顯的透明瞭。
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