植物叶片结构与生物物理化学特性

植物叶片结构与生物物理化学特性

植物叶片是植物进行光合作用的主要器官，其结构与功能的精妙设计令人惊叹。从宏观到微观，从结构到功能，本文将为您揭示植物叶片的奥秘。

植物通过光合作用制造养分的过程影响了叶片或相应的冠层辐射信号。一个健康叶片需要三个要素来制造养分：CO2、水和光能。空气中的CO2和根茎系统提供的水是光合作用的基本原材料，太阳提供了光能从而启动了光合作用。叶片是光合作用的主要器官。

绿色叶片的假想剖面和真实显微剖面。随着植物种类的不同和生长过程中环境条件的差异，叶片的细胞结构差别非常大。大气中的CO2主要通过位于下表皮的气孔进入叶片内部。气孔被保卫细胞包围着，这些细胞既可以膨胀也可以收缩。当它们膨胀的时候，气孔打开允许CO2进入。

叶片上表皮细胞的顶端有一层角质层，它对光线有漫射作用，但几乎不反射光。许多叶子在直射光下会从上表皮和下表皮生出一层绒毛般的“毛发”。这些“毛发”是有益的，它们可以减少入射到植物上的阳光的强度。不过，仍有许多可见光和近红外的光透过角质层和上表皮到栅栏组织和海绵组织的叶肉细胞里去了。

在通常的绿叶中，光合作用发生在两种细胞中，栅栏组织和海绵组织的叶肉细胞。栅栏组织和海绵组织细胞含有叶绿体，而叶绿体中含有叶绿素。通常在朝向叶面的栅栏组织细胞中，叶绿体比较多。因此往往我们看到叶子的上表面比下表面更绿一些。当被一束光波照射的时候，叶肉中的生化组分分子会反射一些能量，或者吸收一些从而进入高能状态或激发状态。因不同分子吸收或反射的特征，从叶片出射的辐射光谱可反推出叶片各种组分含量。

叶片内的海绵组织控制着近红外反射的能量。海绵组织位于栅栏组织的下部，由许多细胞和细胞间隙组成。在这里，氧气和二氧化碳为光合作用和呼吸作用进行交换。叶子在近红外的高反射能量是由于内部的细胞壁和空气间隙间的多重散射造成的。