基 礎 生 物 上 第 二 章 植 物 的 構 造 與 功 能 2-1 植 物 的 營 養 構 造 與 功 能 被 子 植 物 的 器 官 包 括 營 養 器 官 ( 根 莖 葉 ) 及 生 殖 器 官 ( 花 果 實 種 子 ) 兩 類 一 根 的 形 態 構 造 及 功 能 1. 定 義 : 通 常 為 地 下 部 分, 不 具 節 節 間 和 芽 的 構 造 2. 功 能 : 具 有 固 著 支 持 吸 收 貯 存 呼 吸 繁 殖 協 助 運 輸 等 3. 特 性 : 具 有 向 地 性 和 向 濕 性 等 ( 一 ) 根 系 的 種 類 根 系 類 型 軸 根 系 鬚 根 系 特 徵 有 主 根 ( 具 一 明 顯 主 軸 ) 支 根 之 分 無 主 根 支 根 之 分 ( 根 大 小 一 致 ) 發 生 來 源 胚 根 發 育 為 初 生 根 後, 初 生 根 不 斷 初 生 根 停 止 生 長, 由 莖 的 基 部 產 生 生 長 膨 大, 形 成 主 根 不 定 根 ( 非 由 根 組 織 長 出 的 根 ) 分 布 較 粗 的 主 根 能 深 入 較 深 土 壤 中 僅 分 布 於 淺 層 表 土 中 例 子 多 見 於 雙 子 葉 植 物 多 見 於 單 子 葉 植 物 鬚 根 系 ( 如 水 稻 玉 米 ) 軸 根 系 ( 如 蒲 公 英 菠 菜 ) ( 二 ) 根 的 形 態 構 造 ( 縱 切 ) 由 根 的 最 尖 端 開 始 根 冠 ( 根 帽 ) 保 護 生 長 點 ; 與 根 的 向 地 性 有 關 分 生 組 織, 能 不 斷 進 行 分 裂 產 生 新 細 胞, 生 長 點 一 部 分 補 充 根 冠 一 部 份 發 育 為 延 長 部 細 胞 ( 細 胞 分 裂 部 ) 細 胞 特 色 為 細 胞 小 核 大 質 濃 壁 薄 由 生 長 點 產 生 之 細 胞 體 積 吸 水 而 增 大, 延 長 部 細 胞 延 長 但 不 再 分 裂 細 胞 完 成 分 化 : 向 外 形 成 根 毛 和 支 根, 內 側 形 成 維 管 束, 成 熟 部 是 根 吸 收 水 和 無 機 鹽 最 主 要 的 部 位 ( 根 毛 部 ) * 根 毛 : 表 皮 細 胞 向 外 延 伸 的 單 細 胞 構 造 增 加 吸 收 的 表 面 積 成 熟 部 延 長 部 生 長 點 根 冠 32
( 三 ) 根 的 形 態 構 造 ( 成 熟 部 橫 切 ) 1. 由 外 而 內 的 基 本 構 造 表 皮 排 列 緊 密 的 扁 平 細 胞, 具 保 護 和 吸 收 功 能 根 表 皮 外 無 角 質 層 部 分 表 皮 細 胞 特 化 成 根 毛 ( 單 細 胞 構 造, 細 胞 核 常 位 在 最 尖 端 ) 由 排 列 疏 鬆 的 薄 壁 細 胞 構 成, 具 儲 存 澱 粉 功 能 皮 層 位 於 皮 層 的 最 內 側, 細 胞 排 列 緊 密, 負 責 調 節 水 分 進 入 中 柱 內 皮 ** 內 皮 細 胞 上 具 有 卡 氏 帶 ( 增 厚 的 細 胞 壁, 由 不 透 水 的 木 栓 質 組 成 ), 負 責 管 制 水 分 及 礦 物 質 進 入 中 柱 ; 防 止 水 分 由 木 質 部 向 外 流 失 包 括 周 鞘 和 維 管 束 兩 部 分 * 中 柱 的 有 無 是 根 與 莖 的 組 織 橫 切 最 大 的 差 異! 中 柱 周 鞘 仍 具 分 裂 能 力 的 薄 壁 細 胞 構 成, 能 夠 分 裂 長 出 支 根 * 支 根 為 多 細 胞 構 造, 內 部 具 有 完 整 維 管 束, 具 支 持 吸 收 儲 存 等 功 能 維 管 束 單 子 葉 和 雙 子 葉 植 物 的 維 管 束 排 列 方 式 不 相 同 2. 雙 子 葉 植 物 根 的 維 管 束 (1) 木 質 部 在 中 央 呈 輻 射 狀 ; 韌 皮 部 位 於 木 質 部 之 間 (2) 具 維 管 束 形 成 層, 夾 在 木 質 部 和 韌 皮 部 之 間 (3) 通 常 不 具 髓 支 根 33
3. 單 子 葉 植 物 根 的 維 管 束 (1) 木 質 部 在 內 側, 韌 皮 部 在 外 側, 排 列 呈 環 狀 相 間 出 現 (2) 不 具 形 成 層, 橫 向 加 粗 能 力 有 限 (3) 維 管 束 中 央 有 髓, 由 薄 壁 細 胞 構 成 雙 子 葉 植 物 的 根 單 子 葉 植 物 的 根 < 補 充 > 根 的 變 態 ( 特 化 的 根 ) 1. 支 持 根 : 由 莖 上 接 近 地 面 的 節 長 出 的 不 定 根, 例 如 玉 米 2. 呼 吸 根 : 由 沼 澤 內 的 根 向 上 生 長, 突 出 水 面, 可 吸 收 空 氣 中 的 氧 氣, 適 應 沼 澤 缺 氧 的 環 境 例 如 : 海 茄 苳 落 羽 松 3. 氣 生 根 : 協 助 個 體 附 著 於 樹 幹 上, 吸 收 並 儲 存 空 氣 中 的 水, 例 如 : 蘭 花 榕 樹 4. 儲 藏 根 : 土 壤 中 的 軸 根, 能 儲 藏 養 分, 例 如 : 甘 藷 紅 蘿 蔔 的 塊 根 甜 菜 根 34
二 莖 ( 一 ) 莖 的 形 態 與 構 造 1. 定 義 : 通 常 為 地 上 部 分 具 有 節 節 間 及 芽 2. 功 能 : 支 持 運 輸 儲 存 光 合 作 用 繁 殖 等 3. 依 質 地 可 分 為 草 本 莖 和 木 本 莖 草 本 木 本 質 地 纖 細 柔 軟 堅 硬 支 持 力 來 源 細 胞 膨 壓 厚 壁 細 胞 或 木 質 纖 維 生 長 時 間 常 為 一 年 生 或 二 年 生 常 為 多 年 生 高 度 及 粗 細 受 限 ( 只 具 初 級 生 長 ) 能 夠 加 高 加 粗 ( 具 初 級 和 次 級 生 長 ) 木 本 植 物 可 再 分 為 喬 木 ( 具 明 顯 主 幹 ) 灌 木 ( 無 明 顯 主 幹 ) 和 藤 蔓 ( 攀 附 於 其 他 物 體 ) < 補 充 > 初 級 生 長 與 次 級 生 長 (1) 初 級 生 長 : 由 生 長 點 ( 包 括 莖 頂 和 根 尖 分 生 組 織 ) 分 裂 引 發 的 生 長, 使 植 物 長 高 及 延 長 (2) 次 級 生 長 : 由 形 成 層 ( 如 維 管 束 形 成 層 或 木 栓 形 成 層 ) 分 裂 引 發 的 生 長, 細 胞 分 化 較 受 限, 使 植 物 橫 向 加 粗 單 子 葉 植 物 大 多 不 具 次 級 生 長, 雙 子 葉 木 本 植 物 次 級 生 長 明 顯 4. 莖 的 外 部 型 態 節 莖 上 長 葉 子 或 芽 的 地 方, 其 上 可 長 出 側 芽 節 間 節 與 節 之 間 的 區 域 依 位 置 分 為 頂 芽 側 芽 ( 腋 芽 ); 依 保 護 構 造 分 為 鱗 芽 和 裸 芽 芽 頂 芽 莖 頂 的 生 長 區, 內 含 莖 頂 分 生 組 織, 可 使 莖 增 高, 分 化 出 枝 條 葉 或 花 腋 芽 節 上 長 出 的 芽, 通 常 位 於 葉 腋, 可 分 化 為 新 的 枝 條 葉 或 花 皮 孔 木 本 莖 儲 存 根 或 果 實 表 面 與 外 界 交 換 氣 體 的 部 位 ; 由 木 栓 形 成 層 所 形 成 的 疏 鬆 組 織, 取 代 草 本 莖 表 皮 氣 孔 的 功 能 葉 痕 木 本 莖 上 葉 片 脫 落 的 痕 跡, 通 常 無 特 殊 生 理 功 能 皮 刺 表 皮 的 衍 生 物 如 玫 瑰 花 的 皮 刺 35
( 二 ) 雙 子 葉 植 物 草 本 莖 表 皮 細 胞 排 列 緊 密, 外 具 角 質 層 或 毛 茸 等 ; 功 能 為 保 護 內 部 組 織 及 防 止 水 分 散 失 (1) 由 薄 壁 細 胞 所 構 成 ; 內 含 澱 粉 粒, 可 以 儲 存 養 分 皮 層 (2) 部 分 細 胞 具 葉 綠 體 可 以 行 光 合 作 用 (3) 皮 層 外 側 細 胞 ( 靠 近 表 皮 ) 特 化 成 厚 角 細 胞, 可 以 增 加 支 持 力 (1) 環 狀 排 列 ( 每 一 束 微 管 束 韌 皮 部 在 外 側, 木 質 部 在 內 側 ) 維 管 束 (2) 韌 皮 部 和 木 質 部 之 間 具 維 管 束 形 成 層, 向 外 產 生 韌 皮 部, 向 內 產 生 木 質 部 (3) 韌 皮 部 外 側 通 常 具 有 厚 壁 細 胞 形 成 的 韌 皮 纖 維, 具 有 支 持 的 功 能 髓 位 於 莖 的 中 心, 由 大 型 薄 壁 細 胞 組 成, 具 有 儲 存 養 分 的 功 能 ( 三 ) 雙 子 葉 植 物 木 本 莖 多 年 生 的 雙 子 葉 木 本 植 物, 因 維 管 束 形 成 層 不 斷 分 裂, 內 側 木 質 部 增 加, 使 中 央 的 髓 逐 漸 減 少 或 消 失, 老 化 的 木 質 部 受 到 擠 壓, 在 內 側 累 積 老 化 的 木 質 部 形 成 木 材 而 莖 不 斷 橫 向 加 粗, 將 外 側 表 皮 撐 破, 促 使 皮 層 外 側 細 胞 分 化 為 木 栓 形 成 層, 向 內 增 生 皮 層 細 胞 ( 栓 內 層 或 綠 皮 層 ), 向 外 增 生 不 透 水 的 木 栓 層, 取 代 表 皮 保 護 內 部 構 造, 防 止 水 分 過 度 散 失, 並 產 生 皮 孔 取 代 氣 孔, 進 行 氣 體 交 換 由 外 而 內 依 序 為 : 1. 表 皮 ( 通 常 破 損 消 失 ) 2. 木 栓 層 由 木 栓 細 胞 組 成, 細 胞 壁 含 木 栓 質, 不 透 水 樹 皮 3. 木 栓 形 成 層 由 皮 層 最 外 側 細 胞 分 化 產 生 周 皮 4. 皮 層 最 外 側 稱 為 栓 內 層 或 綠 皮 層, 為 具 葉 綠 體 的 薄 壁 細 胞 5. 韌 皮 部 6. 維 管 束 形 成 層 7. 木 質 部 8. 髓 ( 不 明 顯 或 消 失 ) 36
木 材 依 位 置 分 心 材 與 邊 材 心 材 邊 材 ( 液 材 ) 內 側 老 化 的 木 質 部 外 側 新 生 的 木 質 部 顏 色 深 顏 色 淡 含 水 量 少 含 水 量 高 已 無 運 輸 功 能 ( 具 支 持 作 用 ) 具 有 運 輸 功 能 依 生 長 的 季 節 分 為 早 材 與 晚 材 早 材 ( 春 材 ) 晚 材 ( 夏 材 ) 生 長 季 ( 溫 暖 多 雨 ) 時 的 木 質 部 生 長 季 快 結 束 時 的 木 質 部 細 胞 壁 薄 大 而 色 淺 細 胞 小 色 深 而 壁 厚 年 輪 或 生 長 輪 : 生 長 在 溫 帶 的 多 年 生 木 本 植 物, 因 水 分 及 溫 度 的 明 顯 變 而 有 明 顯 的 早 晚 材 交 替 的 環 紋 可 推 測 : 樹 木 的 年 齡 氣 候 變 化 的 情 形 熱 帶 地 區 的 木 本 植 物 年 輪 不 清 楚! 37
( 四 ) 單 子 葉 植 物 草 本 莖 1. 表 皮 : 具 角 質 層, 保 護 並 防 止 水 分 散 失 2. 基 本 組 織 : 以 薄 壁 細 胞 為 主, 相 當 於 皮 層 和 髓 3. 維 管 束 : 散 生 在 基 本 組 織 中, 通 常 靠 近 外 側 的 維 管 束 較 密 集 每 一 束 微 管 束 韌 皮 部 在 外 側, 木 質 部 在 內 側, 缺 少 形 成 層 單 子 葉 植 物 的 維 管 束 如 同 猴 子 臉 的 長 相, 內 側 多 有 一 空 隙 ( 氣 室 ), 是 植 物 快 速 生 長, 木 質 部 導 管 拉 破 所 形 成 的, 與 水 陸 生 無 關 髓 腔 的 構 造 : 部 分 植 物 具 有, 有 助 於 氣 體 的 排 放 與 進 入 < 補 充 > 木 本 的 單 子 葉 植 物 ( 如 椰 子 樹 ) 沒 有 維 管 束 形 成 層, 如 何 橫 向 加 粗? 單 子 葉 植 物 大 多 為 一 二 年 生 的 草 本 植 物, 不 具 有 維 管 束 形 成 層, 莖 不 具 有 橫 向 加 粗 的 能 力 然 而, 也 有 少 數 單 子 葉 植 物 為 多 年 生 木 本 植 物, 如 棕 櫚 科 的 椰 子 樹 芭 蕉 科 的 香 蕉 樹 竹 子 蘆 薈 科 植 物 等 等, 莖 也 具 有 有 限 的 加 粗 現 象, 此 類 似 次 級 生 長 的 現 象 稱 為 Anomalous secondary growth, 和 真 正 由 形 成 層 產 生 的 次 級 生 長 不 同 以 椰 子 樹 為 例, 其 加 厚 是 由 Secondary thickening meristem (STM) 而 來 一 般 單 子 葉 植 物 除 莖 頂 分 生 組 織 外, 有 一 圈 Primary thickening meristem(ptm), 使 新 生 的 莖 和 基 部 一 樣 粗, 在 木 本 單 子 葉 植 物 中,PTM 向 下 延 伸, 形 成 STM, 藉 STM 之 分 裂 使 莖 加 粗,STM 的 分 裂 向 內 和 向 外 都 是 產 生 薄 壁 細 胞 因 此, 莖 加 粗 的 主 要 原 因 是 因 為 薄 壁 細 胞 的 數 量 增 加, 和 多 年 生 雙 子 葉 木 本 植 物 莖 的 加 粗 是 不 相 同 的 38
< 補 充 > 莖 的 變 態 ( 特 化 的 莖 ) 1. 地 上 莖 (1) 匍 匐 莖 和 走 莖 : 如 蟛 蜞 菊 草 莓, 易 長 出 新 芽 和 不 定 根, 可 以 協 助 無 性 繁 殖 (2) 纏 繞 莖 : 如 牽 牛 花 四 季 豆 (3) 攀 爬 莖 ( 包 括 藤 蔓 莖 捲 鬚 莖 和 爬 生 莖 ): 如 九 重 葛 葡 萄 爬 牆 虎 等 (4) 葉 狀 莖 : 如 蘆 薈 曇 花 (5) 肉 質 莖 : 如 仙 人 掌 (6) 刺 狀 莖 : 莖 的 側 枝 特 化 而 成, 如 : 石 榴 皂 莢 樹 2. 地 下 莖 形 狀 和 功 能 改 變, 但 仍 有 節 節 間 芽 眼 等 特 徵 分 辨 依 據 (1) 根 莖 : 具 儲 存 養 分 和 繁 殖 功 能, 莖 橫 走 於 地 下 如 : 竹 類 蓮 藕 薑 (2) 塊 莖 : 由 根 莖 末 梢 縮 短 膨 大 發 育 而 成, 具 儲 存 養 分 和 繁 殖 功 能 如 : 馬 鈴 薯 芋 頭 等 (3) 球 莖 : 有 節 和 退 化 之 葉 片, 基 部 著 生 鬚 根, 具 頂 芽, 能 夠 儲 存 養 分, 供 給 頂 芽 伸 長 形 成 短 而 膨 大 的 地 下 莖 如 : 荸 薺 (4) 鱗 莖 : 依 縮 短 的 地 下 莖 上 著 生 許 多 肥 厚 鱗 葉, 儲 存 養 分 如 : 洋 蔥 蒜 瓣 三 葉 葉 為 維 管 束 植 物 行 光 合 作 用 的 主 要 器 官, 表 面 積 大 含 葉 綠 體 的 細 胞 最 多 氣 孔 也 最 多, 與 蒸 散 作 用 及 泌 液 作 用 有 關 ( 一 ) 葉 的 形 態 1. 葉 的 外 形 雙 子 葉 植 物 具 葉 片 葉 柄 和 托 葉 ; 單 子 葉 植 物 具 葉 片 葉 鞘 及 葉 舌 具 有 三 部 分 者 為 完 全 葉 ; 缺 乏 任 一 部 分 者 為 不 完 全 葉 葉 舌 : 單 子 葉 植 物 之 葉 鞘 和 葉 身 交 接 處, 透 明 膜 狀 構 造, 能 協 助 保 水 葉 身 葉 舌 葉 耳 葉 鞘 雙 子 葉 植 物 的 葉 單 子 葉 植 物 的 葉 39
(1) 葉 片 ( 葉 身 ) (2) 葉 脈 : 單 子 葉 植 物 多 為 平 行 脈 ; 雙 子 葉 植 物 多 為 網 狀 脈 平 行 脈 網 狀 脈 (3) 葉 柄 : 連 接 莖 與 葉 片, 支 撐 葉 片, 為 莖 內 維 管 束 進 入 葉 片 所 必 經 的 地 方 (4) 托 葉 : 葉 柄 基 部 小 小 的 葉 狀 突 起, 即 為 托 葉 有 些 種 類 植 物 之 托 葉 特 化 成 刺 狀 ( 如 刺 槐 ) 羽 狀 ( 如 山 櫻 花 ) 葉 狀 ( 如 榆 樹 鳳 凰 木 ) 或 腺 體 ( 如 櫻 花 ), 有 些 托 葉 能 夠 保 護 幼 芽 ( 如 雀 榕 ) 但 大 多 數 植 物 之 托 葉 功 能 不 明, 葉 成 熟 後 即 脫 落 2. 葉 的 種 類 (1) 單 葉 : 每 個 葉 柄 上 只 著 生 一 片 葉 片 (2) 複 葉 : 每 個 葉 柄 上 著 生 兩 個 以 上 的 小 葉, 共 用 同 一 葉 柄 和 托 葉 40
裂 葉 複 葉 3. 葉 的 排 列 ( 葉 序 ) 葉 在 莖 上 的 排 列 順 序, 稱 為 葉 序 (phyllotaxis) 推 測 可 能 與 該 植 物 如 何 有 效 獲 得 最 多 的 日 照 有 關 (1) 互 生 : 莖 上 的 每 個 節 只 有 1 枚 葉 子 (2) 對 生 : 莖 上 的 每 個 節 有 2 枚 葉 子 相 對 而 生 * 十 字 對 生 (3) 輪 生 : 莖 上 的 每 個 節 有 3 枚 或 以 上 葉 子 * 叢 生 : 多 數 葉 密 集 生 長 於 極 度 縮 短 的 短 枝 上 ( 二 ) 葉 的 內 部 構 造 41
1. 表 皮 : 細 胞 排 列 緊 密, 一 般 不 含 葉 綠 體, 外 覆 有 角 質 層 可 保 護 及 減 少 水 分 的 蒸 發, 有 些 特 化 為 保 衛 細 胞 ( 形 成 氣 孔 ), 有 些 特 化 為 毛 茸 或 腺 體 等 保 衛 細 胞 的 特 徵 : 具 葉 綠 體 可 行 光 合 作 用, 細 胞 呈 腎 形 或 啞 鈴 狀, 細 胞 內 側 壁 較 厚, 外 側 壁 較 薄, 具 有 輻 射 狀 微 纖 維 素, 可 藉 由 調 節 保 衛 細 胞 的 膨 壓 來 控 制 氣 孔 的 開 閉, 控 制 氣 體 進 出 和 水 分 蒸 散 速 度 一 般 植 物 上 表 皮 都 具 氣 孔, 但 大 多 雙 子 葉 植 物 下 表 皮 氣 孔 數 量 較 多 2. 葉 肉 組 織 : 葉 子 內 的 基 本 組 織, 含 有 葉 綠 體, 為 行 光 合 作 用 的 主 要 場 所 部 分 植 物 之 葉 肉 組 織 分 化 為 兩 種 薄 壁 組 織 柵 狀 組 織 海 綿 組 織 細 胞 排 列 疏 鬆, 不 規 則 狀, 細 胞 排 列 緊 密 呈 柱 狀 形 成 氣 室 接 近 上 表 皮 接 近 下 表 皮 葉 綠 體 含 量 較 多 葉 綠 體 含 量 較 少 3. 葉 脈 ( 葉 內 的 維 管 束 ): 運 輸 水 分 及 養 分 具 有 木 質 部 韌 皮 部 和 維 管 束 鞘 ( 維 管 束 外 的 一 圈 薄 壁 細 胞 ); 通 常 木 質 部 接 近 上 表 面, 韌 皮 部 接 近 下 表 面 < 補 充 > 葉 的 變 態 ( 特 化 的 葉 ) 1. 針 狀 葉 : 如 仙 人 掌 的 針 狀 葉, 可 防 止 水 分 散 失 2. 鱗 葉 : 是 一 種 儲 藏 葉, 肉 質 多 汁, 可 儲 水, 如 洋 蔥 百 合 的 鱗 葉 3. 捲 鬚 葉 : 具 攀 緣 作 用, 如 豌 豆 胡 瓜 等 4. 捕 蟲 葉 : 如 食 蟲 植 物 ( 如 捕 蠅 草 毛 氈 苔 豬 籠 草 ) 的 葉 片, 能 夠 捕 捉 昆 蟲 5. 繁 殖 葉 : 如 落 地 生 根 等 的 葉 片 具 有 繁 殖 能 力 6. 苞 葉 : 協 助 傳 粉 的 色 彩 鮮 艷 的 葉, 如 九 重 葛 聖 誕 紅 等 42
四 植 物 體 內 的 運 輸 2014 Cheng, Nai-Yu 被 子 植 物 的 運 輸 構 造 : 以 維 管 束 為 主 包 括 運 輸 水 和 無 機 鹽 的 木 質 部 運 輸 有 機 養 分 的 韌 皮 部 以 及 維 管 束 形 成 層 ( 一 ) 水 和 無 機 鹽 的 吸 收 1. 水 和 無 機 鹽 主 要 由 成 熟 部 的 根, 尤 其 是 根 毛 來 吸 收 新 生 幼 根 的 吸 收 效 率 > 老 根 2. 根 部 以 主 動 運 輸 ( 主 要 ) 或 促 進 性 擴 散 方 式 吸 收 無 機 鹽, 造 成 根 部 內 的 高 滲 透 壓, 進 而 促 使 水 分 子 順 濃 度 梯 度 滲 透 進 入 根 部 細 胞 3. 滲 透 壓 的 大 小 : 木 質 部 > 周 鞘 > 皮 層 > 表 皮 ( 根 毛 )> 土 壤 4. 水 進 入 根 之 途 徑 : 土 壤 表 皮 皮 層 內 皮 周 鞘 維 管 束 ( 木 質 部 ); 依 循 著 滲 透 壓 梯 度 擴 散 進 入 根 組 織, 可 經 細 胞 內 流 動 或 細 胞 間 隙 間 流 動 < 補 充 > 內 皮 細 胞 的 細 胞 壁 上 具 一 圈 不 透 水 的 木 栓 質 形 成 之 卡 氏 帶, 能 調 節 水 和 無 機 鹽 進 入 根 部 維 管 束 : 阻 止 水 和 無 機 鹽 經 細 胞 間 隙 擴 散 進 入 中 柱 ( 水 和 離 子 須 藉 由 內 皮 細 胞 膜 上 之 運 輸 蛋 白 協 助 才 能 進 入 ), 並 避 免 木 質 部 的 水 和 無 機 鹽 倒 流 至 皮 層 43
( 二 ) 水 和 無 機 鹽 的 運 輸 ( 木 質 部 ) 皆 不 需 要 消 耗 能 量 1. 根 部 的 根 壓 (1) 植 物 根 部 組 織 內 的 高 滲 透 壓 ( 不 斷 主 動 運 輸 吸 收 無 機 鹽, 累 積 濃 度 ), 使 土 壤 中 的 水 不 斷 滲 透 進 入 中 柱 而 產 生 的 壓 力, 將 木 質 部 內 的 液 體 往 上 推 送 而 產 生 (2) 不 同 種 類 植 物 的 根 壓 大 小 不 同, 大 約 1-5 atm (3) 對 矮 小 草 本 植 物 和 灌 木 而 言, 根 壓 是 水 柱 上 升 的 重 要 動 力, 但 對 於 高 大 植 物 來 說, 其 重 要 性 遠 不 如 蒸 散 作 用 (4) 根 壓 的 實 例 : 絲 瓜 基 部 切 斷 後 可 取 得 絲 瓜 露 泌 液 現 象 泌 液 現 象 : 木 質 部 水 液 由 根 壓 往 上 送 至 葉 脈 木 質 部, 以 水 珠 ( 液 態 ) 方 式 從 葉 緣 或 葉 尖 的 排 水 孔 排 出 ( 木 質 部 的 末 端 ) 之 現 象, 主 要 是 由 根 壓 產 生 通 常 出 現 在 土 壤 含 水 量 高 氣 溫 低 濕 度 高 蒸 散 作 用 小 時 的 草 本 植 物 上 cf. 蒸 散 作 用 是 水 以 氣 態 從 氣 孔 排 出 的 現 象 2. 木 質 部 的 毛 細 作 用 (1) 水 分 子 間 具 有 氫 鍵, 因 此 形 成 內 聚 力 (2) 木 質 部 細 胞 為 極 細 微 的 管 狀 構 造, 管 壁 由 親 水 的 纖 維 素 組 成, 水 分 子 與 木 質 部 細 胞 管 壁 間 形 成 附 著 力 (3) 內 聚 力 + 附 著 力 水 在 木 質 部 內 形 成 連 續 水 柱 而 上 升 3. 葉 的 蒸 散 作 用 ( 木 質 部 中 水 和 無 機 鹽 運 輸 最 重 要 的 機 制 ) (1) 蒸 散 作 用 : 水 分 子 以 氣 態 的 形 式 由 氣 孔 散 失 的 過 程 (2) 不 但 是 木 質 部 內 運 輸 的 主 要 動 力, 也 能 夠 促 進 根 吸 收 和 運 輸 水 和 無 機 鹽, 並 且 協 助 調 節 植 物 體 的 溫 度 (3) 植 物 根 部 吸 收 的 水 中, 幾 乎 大 於 90% 都 經 由 蒸 散 作 用 散 失, 只 有 少 部 分 的 水 是 供 生 長 代 謝 之 用 (4) 運 輸 速 度 :0.6 公 尺 至 45 公 尺 / 小 時, 平 均 約 為 16 公 尺 / 小 時 (5) 影 響 蒸 散 作 用 的 因 素 ( 藉 由 氣 孔 的 開 閉 來 調 節 ) A. 環 境 因 素 ( 如 光 照 溫 度 濕 度 風 速 等 ) B. 生 物 因 素 ( 如 氣 孔 分 布 氣 孔 大 小 氣 孔 數 目 葉 片 構 造 等 等 ) 44
水 和 無 機 鹽 在 木 質 部 運 輸 的 三 大 動 力 ( 三 ) 有 機 養 分 的 運 輸 ( 韌 皮 部 ) 1. 進 行 位 置 : 韌 皮 部 ( 篩 管 ) 內 進 行 韌 皮 部 內 的 運 輸 的 醣 類 以 蔗 糖 形 式 運 輸 2. 運 輸 方 向 : 維 持 供 需 法 則 ( 由 供 應 處 運 送 至 需 求 處 ) 3. 能 夠 進 行 雙 向 運 輸 :( 能 夠 由 葉 莖 根, 也 能 夠 從 根 莖 葉 ) cf. 木 質 部 僅 能 進 行 單 向 運 輸, 水 和 無 機 鹽 必 是 由 根 莖 葉 方 向 運 送 4. 韌 皮 部 的 運 輸 需 要 消 耗 能 量 (ATP), 由 伴 細 胞 提 供 能 量 cf. 水 和 無 機 鹽 的 運 輸 不 需 要 消 耗 能 量, 木 質 部 主 要 由 死 細 胞 組 成 5. 韌 皮 部 的 運 輸 速 度 : 最 快 2 公 尺 / 小 時 45
< 補 充 > 氣 孔 的 調 節 1. 氣 孔 : 葉 面 表 皮 的 微 小 細 孔, 由 成 對 的 保 衛 細 胞 ( 特 化 之 表 皮 細 胞 ) 圍 成 氣 孔 2. 保 衛 細 胞 之 特 色 : (1) 由 表 皮 細 胞 特 化 而 成, 呈 腎 形 或 啞 鈴 型, 含 葉 綠 體 (2) 頭 尾 兩 端 互 相 接 合, 中 間 互 相 分 離 為 氣 孔, 內 側 細 胞 壁 較 厚 外 側 的 細 胞 壁 薄 (3) 構 成 細 胞 壁 的 纖 維 素 細 絲 呈 輻 射 狀 排 列 ( 微 纖 維 絲 ) (4) 當 保 衛 細 胞 吸 水 時, 膨 壓 增 加, 向 外 膨 脹, 則 氣 孔 開 啟 (5) 主 要 藉 由 K + 濃 度 調 節 保 衛 細 胞 之 膨 壓 : 白 天 光 合 作 用 旺 盛 時 K + 進 入 保 衛 細 胞, 使 [K + ] 上 升 水 分 擴 散 進 入 保 衛 細 胞, 膨 壓 上 升 氣 孔 開 蒸 散 作 用 增 加 3. 氣 孔 的 分 佈 : (1) 大 多 數 雙 子 葉 草 本 植 物 : 上 下 表 皮 都 有 氣 孔, 但 下 表 皮 氣 孔 數 量 > 上 表 皮 (2) 大 多 數 雙 子 葉 木 本 植 物 : 僅 下 表 皮 有 氣 孔 (3) 大 多 數 單 子 葉 植 物 : 上 下 表 皮 之 氣 孔 數 量 相 近 (4) 浮 水 植 物 ( 如 睡 蓮 浮 萍 ): 僅 上 表 皮 具 有 氣 孔 (5) 沉 水 植 物 ( 如 水 蘊 草 ) 及 針 狀 葉 植 物 : 不 具 氣 孔 腎 形 保 衛 細 胞 啞 鈴 型 保 衛 細 胞 氣 孔 關 氣 孔 開 46
< 補 充 > 韌 皮 部 的 運 輸 原 理 : 壓 力 流 動 假 說 1 在 葉 部 ( 供 給 部 ), 伴 細 胞 將 光 合 作 用 產 生 的 蔗 糖 等 有 機 養 分, 主 動 運 輸 送 到 篩 管 內, 使 蔗 糖 濃 度 增 高, 滲 透 壓 增 大, 於 是 水 由 其 他 細 胞 滲 透 進 入 篩 管 ( 膨 壓 大 ) 3 在 根 部 ( 需 求 部 ), 蔗 糖 等 有 機 養 分, 靠 主 動 運 輸 由 篩 管 離 開 4 需 求 部 的 篩 管 蔗 糖 濃 度 降 低, 滲 透 壓 變 小, 水 滲 透 離 開 ( 膨 壓 小 ) 2 篩 管 內 的 蔗 糖 等 有 機 養 分, 靠 濃 度 梯 度 和 壓 力, 由 蔗 糖 濃 度 高 壓 力 大 的 供 給 部, 向 蔗 糖 濃 度 低 壓 力 小 的 需 求 部 運 送 ( 在 篩 管 內 的 移 動 不 需 耗 能 ) 環 狀 剝 皮 : 環 狀 剝 除 形 成 層 以 外 的 樹 皮 ( 包 含 韌 皮 部 ) (1) 養 分 無 法 向 下 運 輸 環 剝 的 上 方 呈 現 肥 腫 ( 積 聚 養 分 ) (2) 樹 木 根 部 會 因 得 不 到 養 分 而 先 死 亡 (3) 根 部 死 亡 後, 無 法 吸 收 水 和 無 機 鹽, 造 成 整 個 植 物 體 死 亡 47
< 補 充 > 植 物 的 組 織 ( 一 ) 分 生 組 織 1. 功 能 : 分 裂 增 生 ( 分 裂 出 來 的 細 胞, 部 分 保 留 分 裂 能 力, 其 他 則 分 化 成 其 他 類 型 的 細 胞 ) 2. 特 色 : 核 大 質 濃 緊 密 3. 種 類 (1) 初 生 分 生 組 織 : 負 責 縱 向 生 長 ; 如 莖 頂 根 尖 分 生 組 織 (2) 次 生 分 生 組 織 : 負 責 橫 向 生 長 ; 如 維 管 束 形 成 層 木 栓 形 成 層 ( 二 ) 維 管 束 組 織 1. 功 能 : 運 輸 支 持 2. 種 類 (1) 木 質 部 : 運 輸 水 無 機 鹽 ; 被 子 植 物 的 木 質 部 由 導 管 管 胞 構 成 (2) 韌 皮 部 : 運 輸 有 機 養 分 ; 被 子 植 物 的 韌 皮 部 由 篩 管 伴 細 胞 構 成 木 質 部 韌 皮 部 導 管 管 胞 ( 假 導 管 ) 篩 管 伴 細 胞 死 細 胞 死 細 胞 活 細 胞 ; 無 核 活 細 胞 ; 有 核 管 狀 兩 端 尖 細 長 柱 形 管 狀 兩 端 尖 細 上 下 細 胞 壁 完 全 消 失 側 面 具 壁 孔 上 下 細 胞 壁 壁 未 消 失 ; 側 面 具 壁 孔 細 胞 壁 有 特 殊 花 紋 孔 紋 螺 紋 被 子 特 有 上 下 細 胞 壁 部 分 消 失 形 成 篩 板 ( 具 篩 孔 ) 被 子 特 有 未 消 失 運 輸 水 和 無 機 鹽 運 輸 有 機 養 分 協 助 篩 管 運 輸 壁 孔 橫 向 運 輸 壁 孔 向 上 及 橫 向 運 輸 篩 孔 垂 直 運 輸 側 篩 孔 橫 向 運 輸 單 向 運 輸 ( 向 上 ) 可 雙 向 運 輸 ( or ) 本 身 不 具 運 輸 能 力 運 輸 動 力 : 根 壓 毛 細 作 用 蒸 散 拉 力 壓 力 流 原 理 消 耗 ATP( 主 動 運 輸 ) 48