日本小白花,淋雨变透明?别闹了

作者: 果壳问答

来源: 果壳

发布日期: 2015-05-12

本文解释了日本山荷叶在淋雨后变透明的原因,涉及花瓣的结构和光学特性变化。同时,扩展阅读部分回答了浅色衣服湿水变透的原因。

问题:这真的是“日本的植物サンカヨウ”吗?是什么原因导致这样的?

fengfeixue0219 (植物物分子生物学在读博士)回答:

这个是日本山荷叶(Diphylleia grayi)。至于为什么会变透明,这实际上涉及到了花瓣的表面和内部性质,以及其所造成的光学特性的变化。并不是这种花淋雨会变透明,而许多白色的花被雨淋了,或者说淋坏了,都会变透明的——跟菊花茶泡久了变透明一样。

首先,植物花瓣的白色并非是本身含有白色的色素,而是植物花瓣细胞高度空泡化的结构所致。花瓣中含有众多填充空气的小泡和细胞间隙,它们和无色的细胞间形成了众多的反射界面(可以视作气液交界面,可形成全反射),因此光线射入花瓣后发生了漫反射,由此显示为白色。这也就是为何白色花瓣按压后会透明的原因,因为按压以及细胞释放的细胞液破坏了这些含气空间。

花瓣的横切,intercelluar space和lacunea是细胞间隙和小泡,内部填充有空气。

通常,花瓣表面的表皮细胞会形成众多突起,且细胞表面覆盖有蜡质层,以此防止水填充进这些含气的空间(自然界的水是病原入侵植物的主要途径之一)。所以我们能看到花瓣上的水珠因为表面张力收缩成一个球形,这就是所谓的“Petal effect(花瓣效应)”。

值得注意的是,这种Petal effect虽然和荷叶表面滚动水珠的所谓“lotus effect(荷叶效应)”形成的原理相似,但结果是不同的。花瓣效应中,水珠和花瓣的接触位置有黏附性,因此水珠不会随意滚动。

玫瑰/月季花瓣表皮细胞的突起。注意本图是扫描电镜图,颜色是伪彩,不是真实颜色。

花瓣效应和荷叶效应的比较。可以看到花瓣效应中水珠能够填充到细胞突起之间,但并不充分浸润花瓣。

花瓣效应中,水珠不但不会随意滚动,而且甚至在倒置时都不会滚落。

但是在某些情况下,如由于物种差异,花瓣本身蜡质层较薄;或花瓣衰老、表皮细胞间隙增加;或被水长时间浸泡等,水会进入细胞间隙和空泡。由于叶片内部细胞表面没有蜡质层覆盖,且植物细胞壁的纤维素、半纤维素、果胶等成分是亲水性的,因此水分会很快填充和浸润整个花瓣内部空间,从而消除了原本广泛存在的空气-液体界面,进而失去了造成广泛漫反射的条件。

由于细胞液的折射率和水相近,因此光线透射的部分增加,因此花瓣就显的透明了。

从这张图可见,透明化是从叶片边缘沿着叶脉开始的,这可能是水从花瓣边缘的叶脉开口处开始浸润的缘故。

扩展阅读:

问题:为什么浅色衣服湿水了变透,深色衣服湿水了颜色却变深?

Revolucion 果壳译者,生物专业回答:

要回答浅色衣服为啥湿了会透,得先说它为啥干的时候不透。

白衣服的纤维实际上基本都是半透明的,绝大部分光都透过去了。但是这些纤维叠在一起很快就会显出白色——大量的光被反射了回来。单根透过去了,为啥一堆却能反回来?因为光并不是简单地”透“,而是经历了折射。纤维素的折射率是1.4701,不算很低,出全反射效果也并不困难——42.3度而已。

一大群歪七扭八的纤维素折射来反射去成了一个大迷宫,真正能透过去的光并不多,这些透过去的光在皮肤上反射回来,再能冲破重围的就更少得可怜了。所以只能看到乱七八糟反回来的白色效果。

但是浸湿了之后就不同了。纯水的折射率1.3330,虽然不如纤维素但也算是比空气的1.000293大大迈进了一步。这时候在水的作用下,空气跑掉了,所有的纤维贴在一起形成一层膜,特别是面向空气和面向皮肤的这两边因为水膜的作用变成基本平滑的状态,就减少了很多光线损失。

至于衣服内部,很多纤维直接接触了,就不再有折射和反射界面;水和纤维之间的界面还有,但因为折射率接近,折射程度大大降低,全反射角也增加到了64.7度,反射难度大增,因此有很多光线能够顺利地通过,在皮肤上反射回来也能通过一大部分。因此,就能若隐若现地看见了。

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