中華民國第 56 屆中小學科學展覽會 作品說明書 國中組 生物科 030315- 封面 本來無一物, 何處惹塵埃? 學校名稱 : 屏東縣立明正國民中學 作者 : 指導老師 : 國一吳雨璇 國一林宜蓁 沈驗 賴芊卉 國一翁之晴 關鍵詞 : 懸浮微粒 截塵量 氣孔
摘要 經過廣泛的普查校園內外的植物 許多肉眼看似光滑的葉子 其實 隱藏著許多毛和氣孔 而這些構造與植物的截塵量息息相關 以下便是 本實驗的發現 一 竹柏 桂花 竹子 七里香 粗葉耳草和榕樹的截塵效能較高 這些都 不是高大喬木 很適合在家裡種植截塵! 二 鵝掌榕 春不老 福木 風鈴木 蒜香藤 九重葛 截塵量少 是行道 樹或美化路邊不錯的選擇 三 每種植物截塵採取的策略不同 如竹柏 竹子 桂花以明顯的葉脈卡塵 而粗葉耳草則以毛多 葉小 氣孔多來卡塵等 四 同種且同一地點的植物 如陰香 氣孔多的截塵量多 五 同一種植物在不同的地點 如風鈴木和榕樹校外截塵量比多 16 倍 金露花校外是的四倍 可見校外灰塵量比多 明顯的葉脈 明顯的葉脈 葉背的毛 顯微鏡下的氣孔 1
壹 研究動機 近來發現空氣中懸浮微粒會以不同方式來影響人體健康 許多研究也發現 10μm 顆粒濃度較高的地方 學童氣喘的盛行率較高 懸浮微粒 PM2.5 的指標 成了大家關心的話題 學校也會插各種旗子來提醒同學空氣中懸浮粒子的多少 當氣象報告指出紫爆等級時 學校會插紅旗並提醒同學要戴口罩 許多人都有過敏的困擾 過敏的原因很多 其中之一 就是 灰塵 而我 們幾個組員也都有對灰塵過敏的症狀 在網路我們也找到一些報導談到許多植物 除了調節氣候 美化環境 調劑身心的功能之外 還可吸收空氣中的有害氣體 同時有攔截粒狀汙染物的效果 達到淨化空氣的作用 在生物課時老師提到 樹 木的葉子上有許多微細的構造 例如毛 腺體 刺 氣孔 等等 我們好奇這些 構造是否影響著葉子吸附懸浮微粒的作用 進而提高對空氣淨化的效能 然而校 園內的樹木究竟哪些具有空氣淨化的效果 於是我們決定從校園植物著手調查 研究看看什麼樣的樹種有什麼樣的特殊構造較能吸附灰塵 希望可以把研究結果 應用在生活上 改善我們的 灰塵 過敏症狀 造福其他同樣受到 灰塵 過敏 困擾的人們 貳 研究目的 一 比較學和學校周圍路口植物的生長環境和型態差異 依生長 環境劃定樣區 二 探討那些植物葉片上的灰塵量較多 三 比較相同的植物在不同的地點 葉片上的灰塵量的差異 四 葉片上的灰塵量和葉子氣孔數有關係嗎 五 葉片上的灰塵量和葉子毛量有關係嗎 2
參 研究設備及器材 燒杯 滴管 電子天平 複式顯微鏡 手機顯微鏡 手機 油性筆 酒精(75%) 棉花 鑷子 夾鏈袋 透明指甲油 標籤紙 方格紙 計算毛數氣孔數的透明 方格 梔子花 蓋玻片 載玻片 校園植物代表 桂花 印度橡膠樹 朱槿 金露花 3 春不老 風鈴木
肆 研究過程或方法 一 實驗流程 實驗計畫構想擬定 儀器與材料的準備 先備實驗: 酒精清潔葉面效果測試 練習手機顯微鏡及複式顯微鏡的拍照 學習葉面積 氣孔數及毛樹的估計 採 分 分 分 集 析 析 析 植 葉 葉 葉 物 片 片 片 的 上 上 上 葉 的 氣 毛 片 截 孔 量 塵 量 量 整理比較實驗結果與討論 結論 建議 展望與心得 4
二 酒精清潔葉面效果測試 ( 一 ) 取數種植物的葉片, 分別以酒精及水擦拭後, 比較其清潔葉面灰塵效果 的差異 三 比較學和學校周圍路口植物的生長環境和型態差異, 依生長 環境劃定樣區 ( 一 ) 分析試驗地點之環境並劃定樣區 ( 二 ) 紀錄樣區植物的型態, 拍下照片作為比較分析用 四 探討那些植物葉片上的灰塵量較多? ( 一 ) 測量葉片截留之固態灰塵量 1. 由於室外植物環境條件難控制到一致, 例如葉子的年齡 原來葉上的灰塵 風速 等等, 所以我們先查氣象資料, 選擇在下雨後 ( 清潔過葉片 ), 經過一周, 把實驗用的葉片全部採集回來 2. 將各樹種依據葉片量及葉片大小隨機選 15 25 片不等數量之葉片, 置於採樣袋內, 立即攜回實驗室秤重 (W1) 3. 將秤重後的葉表面以 75% 酒精棉花球拭淨後再秤重 (W2), 計算兩者之 重量差 (W= W1-W2), 即為該樹種葉片截留之固態灰塵量 ( 截塵量 - W) ( 二 ) 葉子表面積的估算 以方格紙描出葉的形狀, 剪下秤重, 再減一張面積為 36cm 2 的方格紙 秤重, 利用比例法求出葉子的面積 -A, 計算公式如下 : 葉形方格紙重 葉面積 Acm 2 = 36 cm 2 方格紙重 36 cm 2 五 比較相同的植物在不同的地點, 葉片上的灰塵量的差異? 以上面實驗的結果來分析比較同一種植物在不同位置 ( 學和學校 周圍路口的植物 ), 葉片上的灰塵量的差異 5
六 葉片上的灰塵量和葉子氣孔數有關係嗎? ( 一 ) 採集試驗地點植物的葉片, 選擇成熟葉片 ( 二 ) 用指甲油塗在葉子的下表皮上, 平行葉脈則上下表皮都塗, 等乾燥後撕下指甲油膜, 製成玻片標本, 用顯微鏡觀察氣孔的分布和數量 ( 三 ) 拍下顯微照片, 用投影片製成的 2.5 2.5cm 2 的方格來計算氣孔數量, 氣孔圖如下 : 錫蘭肉桂氣孔圖 (100X) 竹柏氣孔圖 (200X) 七 葉片上的灰塵量和葉子毛量有關係嗎? ( 一 ) 採集試驗地點植物的葉片, 用手機顯微鏡觀察葉子的上下表皮的構造, 拍下照片作為比較分析用 ( 二 ) 用算氣孔數的投影片方格, 測量葉子單位面積毛的量, 記錄並比較, 葉背毛的分布狀況如下圖 毛多, 呈淺白色毛局部, 數量中等毛稀疏或無 6
伍 研究結果與討論 一 清潔葉面效果測試 將三組處理的葉子上下表面 用手機顯微鏡 (60X)拍攝如下(表一)所示 表一 經酒精或水處理過的葉片 處理前後葉表面的差異 樹 種 沒處理(未清洗) 水清洗 春 不 老 上 表 皮 春 不 老 下 表 皮 七 里 香 上 表 皮 七 里 香 下 表 皮 7 酒精清洗
結 果 說 明 未清洗的葉片 髒污明顯 用水清洗過乾淨很多 酒精清洗的效果比水好一點 點 可能和他可溶解交多物質 有關 而且酒精易揮發 擦拭 完要秤重 等待時間比較短 所以算截塵量時 我們就決定 用酒精擦拭葉片 二 比較學和學校周圍路口植物的生長環境和型態差異 依生長 環境劃定樣區 (一)校園植物眾多 為了方便比較 將其分為甲乙丙丁四個樣區 這速區的環境特 性 和植物分布如下(表二)所示 表二 採樣的四個樣區 環境和植物分布概況 紅色為分析樹種 樣區 學 校 周 圍 路 口 大門口區(甲) 地點環境分析 植物種類 自由路和大連路的交叉路口 車流 量大 尤其上下學時間 紅燈時間 很長 車子待速時排出的廢氣灰塵 顆粒極多 桃花心木 春不老 榕樹 朱槿 鵝掌榕 梔子花 錫蘭肉桂 洋 玉蘭 竹子 金露花 七里香 自由路和仁愛路車流量較少 都為 錫蘭肉桂 洋玉蘭 台灣欒樹 後門口區(乙) 紅磚人行道及柏油路面 灰塵主要 阿勃勒 竹柏 來源是汽機車廢氣及空氣汙染物 位於教學區內 在四棟大樓的中 印度紫檀 羅漢松 金露花 蒜 中央花圃區(丙) 間 大樹林立 覆蓋草地和水泥磚 香藤 雀榕 陰香 福木 桂花 泥土少裸露 少有飛砂 校 內 九重葛 咸豐草等草本植物 學生體育課主要活動區 除水泥球 榕樹 樟樹 風鈴木 印度橡膠 操場周圍區(丁) 場 操場草地外 有許多泥土裸露 樹 芒果 小實孔雀豆 羅漢松 地 如紅土跑道 因此風吹或學生 活動時時飛砂不少 (二)將和學校周圍路口植物分為四區 其分布位置如下(圖一) 編號植物對 照表如(表三) 8
圖一 樣區內的採樣植物分布圖 學校外圍(編號 A~K) 為 編號(1~18) 甲樣區咖啡色框 乙樣區是紫色框 丙樣區是藍色框 丁樣區是綠色框 丁 丙 乙 甲 表三 樣區內的採樣植物分布圖及編號 學校周圍路口 位置 樣區 樹種 和 編號 大門口區(甲) B 桃花心木 D 朱槿 G 金露花 H 梔子花 後門口區(乙) A 竹子 C 七里香 E 春不老 F 錫蘭肉桂 中央花圃區(丙) 1 陰香 2 蒜香藤 3 九重葛 4 咸豐草 操場周圍區(丁) 7 風鈴木 12 榕樹 16 樟樹 17 風鈴木 I 鵝掌榕 J 榕樹 5 雀榕 6 榕樹 k 洋玉蘭 14 竹柏 15 風鈴木 8 粗葉耳草 18 孔雀豆 9 福木 10 桂花 11 金露花 13 陰香 三 探討那些植物葉片上的灰塵量較多 9
(一) 葉片上灰塵的量會受到許多因素的影響 如葉子表面的構造 植物葉的 多少 植物枝條的空間分布 葉的面積 植物生長的地點 取樣的時間 等 因此我們要減少環境的影響 於是統一在雨後七天同時採下樣品葉 做截塵量的 分析 下表四~七為四個樣區樹種葉子截塵量的統計 表四 樣區甲的採樣植物截塵量的比較 大門口區 (甲) 量取葉 片數量 葉片總截 塵量(g) 每片葉片 截塵量(mg) 每片葉片平 均面積(cm²) 單位面積截 塵量(mg/cm²) 截塵效能 D 朱槿 15 0.207 13.8 20.99 0.66 2 B 桃花心木 10 0.099 9.9 47.8 0.21 5 G 金露花 20 0.069 3.45 10.88 0.32 3 H 梔子花 10 0.069 6.9 32.23 0.21 5 I 鵝掌榕 20 0.026 1.3 43.33 0.03 7 J 榕樹 20 0.075 3.75 19.5 0.19 6 5 雀榕 10 0.122 12.20 44.73 0.27 4 6 榕樹 15 0.747 49.80 23.74 2.10 1 結果說明與討論 1. 朱槿葉片中型 葉脈明顯 截塵量高 金露花葉片最小 截塵量也不少 2. 同一地點葉的截塵量都不同 特別的是大門口區灰塵量多 但葉面上的灰塵量並 沒有特別多 6 榕樹葉子比 J 榕樹大 其根部泥土裸露 而 J 榕樹位於紅磚人行道 上 所以 6 榕樹承受灰塵量比較多 尤其是打掃時間 所以建議學校宣導打掃時 灑水或戴口罩可減少灰塵的吸附量 表五 樣區乙的採樣植物截塵量的比較 量取葉 片數量 葉片總截 塵量(g) 每片葉片 截塵量(mg) 每片葉片平 均面積(cm²) 單位面積截 塵量(mg/cm²) 截塵效能 A 竹子 10 0.907 90.7 19.15 4.74 2 C 七里香 20 0.202 10.1 3.83 2.64 3 E 春不老 15 0.072 4.8 37.23 0.13 6 F 錫蘭肉桂 10 0.122 12.2 61.89 0.20 5 14 竹柏 30 2.112 70.40 3.22 21.86 1 15 風鈴木 10 0.149 14.90 45.96 0.32 4 後門口區 (乙) 10
結果說明與討論 1. 竹柏葉片小型 葉脈明顯 截塵量最高 竹子葉片中等 葉脈明顯 截塵量也不少 七里香葉片小 截塵量第三 2. 在這一區 大型葉的截塵量都比較少 特別的是前三名植物的截塵量比大門口區 多 這令我們越來越好奇葉片上的秘密了 表六 樣區丙的採樣植物截塵量的比較 量取葉 片數量 葉片總截 塵量(g) 單位面積截塵 量(mg/cm²) 截塵效能 1.陰香 20 0.06 3 22.52 0.13 6 2.蒜香藤 15 0.061 4.07 44.27 0.09 7 3.九重葛 20 0.039 1.95 13.33 0.15 5 4.咸豐草 15 0.177 11.80 44.27 0.27 4 8.粗葉耳草 15 0.032 2.13 1.99 1.07 2 9.福木 15 0.065 4.33 62.96 0.07 8 10.桂花 10 2.415 241.50 37.99 6.36 1 13.陰香 15 0.399 26.60 44.27 0.60 3 中央花圃 區(丙) 每片葉片 每片葉片平均 截塵量(mg) 面積(cm²) 結果說明與討論 1. 桂花葉片中型 葉脈明顯 截塵量最高 粗葉耳草葉片小 葉脈亦明顯 截塵量第 二 2. 陰香葉片小 截塵量少(編號 1) 葉片較大的陰香(編號 13) 截塵量較多 這兩棵地 點接近 截塵量不同的原因可能是氣孔的數目 小葉較年輕 氣孔數目少 蒸散少 吸附的灰塵是否也較少呢 我們將在以下的實驗來驗證 表七 樣區丁的採樣植物截塵量的比較 量取葉 片數量 葉片總截 塵量(g) 每片葉片 截塵量(mg) 每片葉片平 均面積(cm²) 單位面積截 塵量 mg/cm² 截塵效 能 7.風鈴木 10 0.014 1.40 74.6 0.02 5 12.榕樹 15 0.033 2.20 17.16 0.13 3 16.樟樹 20 0.077 3.85 17.31 0.22 2 17.風鈴木 10 0.017 1.70 59.44 0.03 4 18.小實孔雀豆 30 0.064 2.13 4.43 0.48 1 操場周圍區(丁) 結果說明與討論 1. 這一區是葉片小的小實孔雀豆 截塵量最高 葉片大的風鈴木截塵量最少 11
( 二 ) 將四個樣區截塵量最多的前三名作圖比較如下 ( 圖四 ): 圖四 四個樣區前三名截塵量和葉子面積的比較圖 操場周圍區 ( 丁 ) 中央花圃區 ( 丙 ) 後門口區 ( 乙 ) 大門口區 ( 甲 ) 18. 小實孔雀豆 16. 樟樹 12. 榕樹 13. 陰香 10. 桂花 8. 粗葉耳草 14 竹柏 C 七里香 A 竹子 6 榕樹 G 金露花 D 朱槿 4.43 0.48 17.31 17.16 1.99 1.07 3.22 21.86 3.83 2.64 19.15 23.74 10.88 0.32 20.99 0.22 0.13 44.27 37.99 4.74 0.66 2.1 6.36 0.6 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 每片葉片平均面積 (cm²) 單位面積截塵量 mg/cm² 結果說明 1. 截塵量較多的葉子有竹柏 桂花 竹子 七里香 粗葉耳草和榕樹 2. 竹柏和竹子的葉脈平行突出, 導致皺褶增加, 因此容易卡灰塵, 桂花和粗葉耳草的葉脈也很明顯, 卡灰塵的量也不少 3. 七里香和榕樹比較特殊, 葉脈不明顯, 其截塵量或許和葉子較小較密集, 或其上面的構造, 例如蠟比較厚 毛和氣孔數比較多有關 4. 這些截塵量多的植物都不是高大的喬木, 很適合在家裡種植哦! 5. 卡灰塵的量比較少的植物, 如鵝掌榕 春不老 福木 風鈴木 蒜香藤 九重葛, 在路邊灰塵量多的地方, 若考慮植物的健康, 這些樹種是不錯的選擇 四 比較相同的植物在不同的地點, 葉片上的灰塵量的差異? 同一樹種在不同的位置截塵量有差別嗎? 下 ( 表八 ) 為不同位置的榕樹 金露 花和風鈴木截塵量的比較 : 12
表八 相同植物在不同的地點葉子的截塵量表 紅色為截塵量較多的樹 植物名稱 6.榕樹 12.榕樹 J 榕樹 11.金露花 G 金露花 7.風鈴木 17.風鈴木 15 風鈴木 單位面積截塵量 mg/cm² 地點描述 2.10 0.13 0.19 0.08 0.32 0.02 0.03 0.32 接近校門口 泥土地上 籃球場旁 校外人行道上 花圃周圍 校外人行道上 籃球場旁 體育館旁 自由路圍牆邊 結果說明 1. 6 號榕樹的位置在 但接近校門口 除了車子的廢氣外 加上其生長地 點底下為裸露泥土 打掃時揚起的灰塵多 導致其截塵量在三個地點的榕樹 中最高 是 12 號榕樹的 16 倍 J 榕樹的 11 倍 2. J 號榕樹雖然在校外馬路邊 但其底下為磚頭路 打掃時揚起的灰塵較少 灰塵大多來自空氣中的廢氣 而籃球場旁的榕樹空氣中的廢氣少 周圍都是 水泥地 所以卡的灰塵也較少 3. 金露花卡灰塵的量在明顯的比較少 在校外區正好長在十字路口附近 待速的車多 廢氣也多 是的四倍 4. 風鈴木卡灰塵的量在也是明顯的比較少 在校外區正好長在自由路的圍 牆邊 廢氣多 截塵量是是的 16 倍 5. 經由同種植物的比較 灰塵量在真的比校外少 所以植物淨化空氣的效 能不容小覷 由以上結果建議學校或家裡多種植物 五 葉片上的灰塵量和葉子氣孔數有關係嗎 植物白天進行蒸散作用時 水分由氣孔大量散失時 所造成的微氣流或許會 影響灰塵的吸附作用 而且在(表六)中發現種在附近的陰香 1 和陰香 13 只有葉的 大小不同便影響其截塵量 研究發現陰香 13 的氣孔數是陰香 1 的 2 倍多 所以 我們就做了氣孔數量和葉子截塵量的比較 順便觀察一下各種植物氣孔的分布情 形 所的的結果整理如下(表九): 13
表九 外植物葉子的氣孔數及氣孔分布情形 紅色是氣孔數較多的數種 編號 樹種 單位面積氣 孔數(mm²) 氣孔圖 備註 校外馬路邊 (葉面的附著 物影響觀察) 不清楚 A 竹子 B 桃花心木 57.96 校外馬路邊 校外馬路邊 (葉面的附著 物影響觀察) 不清楚 C 七里香 D 朱槿 E 春不老 F 錫蘭肉桂 G 金露花 14 46.23 校外馬路邊 35.88 校外馬路邊 90.12 校外馬路邊 閉 排列緊密 35.23 校外馬路邊
H 梔子花 I 鵝掌榕 J 榕樹 1. 陰香 2. 蒜香藤 62.67 校外馬路邊 閉 30.67 校外馬路邊 氣孔開 24.67 校外馬路邊 氣孔開 59.33 排列緊密 46.00 3. 九重葛 (葉面的附著 物影響觀察) 4. 咸豐草 (葉面的附著 物影響觀察) 不清楚 不清楚 15
5. 雀榕 6. 榕樹 7. 風鈴木 8. 粗葉耳 草 9. 福木 10. 桂花 12. 榕樹 16 41.33 46.67 42.78 90 氣孔開 排列緊密均勻 60 氣孔開 排列緊密均勻 24.15 33.33
13. 陰香 14. 竹柏 15. 風鈴木 16. 樟樹 18. 孔雀豆 130.00 排列緊密均勻 20.7 氣孔開 排列整齊均勻 34.00 47.23 23.19 結果說明 1. 單位面積氣孔的數量陰香最多 草本的粗葉耳草居第二 錫蘭肉桂和梔 子花的氣孔數也不少 2. 同種植物的氣孔數因成熟度 大小和地點的不同而有差異 例如陰香 榕樹和風鈴木 3. 竹柏氣孔排列和葉脈一樣整齊排成平行狀 但其氣孔數並沒有特別多 4. 指甲油的氣孔印模有時候不太清楚 如果可以改良更好的技術 那照片 的品質會正好 算氣孔數時誤差會小一些 5. 將葉的氣孔數和截塵量的關係與實驗六的毛量統計合併整理如下(表十) 17
六 葉片上的灰塵量和葉子上的毛量有關係嗎 (一)用手機顯微鏡觀察葉的表面構造 原來看似光滑的葉子 可能隱藏著許 多大小 粗細 形狀不同的毛 影響著截塵量 下表便是我們調查完樣區植物的 毛量紀錄 表十 四個樣區葉的氣孔數和截塵量及毛量的關係 上下表平均毛量為 4.4/cm2 所以 平均毛量 3~5 視為中等毛量 大於 5 為多毛物種 表中標示紅色 小於 3 為多毛 物種 表中標示藍色 單位面積 每片葉片 單位面積 上表皮平均 下表皮平 樹種 截塵量 平均面積 氣孔數 毛量 均毛量 樣區 2 2 (mg/cm²) (cm²) (個/mm²) (根/cm ) (根/cm ) 大門口區 D 朱槿 0.66 20.99 46.23 2.9 6.5 (甲) 3.1 B 桃花心木 0.21 47.8 57.96 2.5 G 金露花 0.32 10.88 3.6 5.1 H 梔子花 0.21 32.23 62.67 1.1 2.7 I 鵝掌榕 0.03 43.33 30.67 2.0 2.0 J 榕樹 0.19 19.5 24.67 0.9 4.6 5 雀榕 0.27 44.73 41.33 1.5 3.3 6 榕樹 2.10 23.74 46.67 A 竹子 C 七里香 E 春不老 F 錫蘭肉桂 14 竹柏 15 風鈴木 1.陰香 2.蒜香藤 3.九重葛 4.咸豐草 8.粗葉耳草 9.福木 10.桂花 13.陰香 4.74 2.64 0.13 0.20 21.86 0.32 19.15 3.83 37.23 61.89 3.22 45.96 2.2 1.6 1.0 0.13 0.09 0.15 0.27 1.07 0.07 6.36 0.60 22.52 44.27 13.33 44.27 1.99 62.96 37.99 44.27 90.00 60.00 24.15 130.00 7.風鈴木 12.榕樹 16.樟樹 17.風鈴木 18.小實孔 雀豆 0.02 0.13 0.22 0.03 74.6 17.16 17.31 59.44 42.78 33.33 47.23 0.7 0.0 4.1 1.5 1.1 3.0 8.7 5.5 3.9 3.6 5.1 2.4 4.3 1.2 2.1 7.2 1.8 3.9 5.4 3.3 2.7 1.2 5.6 6.7 5.6 5.8 14.1 4.7 3.7 9.1 11.5 10.4 5.6 14.6 0.48 4.43 23.9 8.3 5.6 35.88 90.12 20.7 34.00 59.33 46.00 18 4.7 後門口區 (乙) 中央花圃 區(丙) 操場周圍 區(丁)
結果說明 1. 同種植物毛的量也會因環境及葉的成熟度而有差異 2. 上表皮毛較多的前三名植物為孔雀豆 咸豐草 粗葉耳草和陰香 毛較少的 是竹柏 錫蘭肉桂 3. 下表皮毛較多的前三名植物為粗葉耳草 風鈴木 榕樹 毛較少的是竹子 鵝掌榕 4.每種植物截塵的策略可能不一樣 竹子 竹柏和桂花截塵量多可能是葉脈明顯 12 號榕樹毛較多 截塵量並沒有 6 榕樹多 可能是位置影響截塵量 七里香 則和葉片小及表面的蠟有關 粗葉耳草葉脈明顯 葉小 氣孔多毛也多 所 以其截塵量也不少 九重葛和小實孔雀豆葉小毛多 但截塵量並沒有很多 錫蘭肉桂氣孔多 截塵量也不多 5.可見影響截塵量的因素太多 如果要一窺究竟 可能需要在室內以模型模擬葉 的型態 將變因控制好才行 (二)校園各試驗樹種的表皮觀察結果及照片紀錄 我們發現葉子的表面看似光滑 但用顯微鏡觀察(60X) 竟都佈滿毛和許多 凸起 難怪葉上會卡許多灰塵 將這些植物的葉子上下表皮構造整理如下表 表十一 採樣植物葉的上下表皮構造 紅色表示毛較多的 植物編號 及名稱 圖片 上表皮 下表皮 A 竹子 (上表皮 下表皮)的毛 量(根/cm2) (1.6 1.8) (少毛 少毛) B 桃花心 木 (2.5 3.1) (少毛 中毛) (1.0 3.9) C 七里香 (少毛 中毛) 19
D 朱槿 (2.9 6.5) (少毛 多毛) E 春不老 (多毛 多毛) F 錫蘭肉 桂 (少毛 中毛) (4.7 5.4) (0.7 3.3) G 金露花 (3.6 5.1) (中毛 多毛) H 梔子花 (1.1 2.7) (少毛 少毛) I 鵝掌榕 (2.0 2.0) (少毛 少毛) J 榕樹 (1.5 4.6) (少毛 中毛) K 洋玉蘭 (0.8 2.3) (少毛 少毛) 20
(1.5 5.6) 1.陰香 (少毛 多毛) (1.1 6.7) 2.蒜香藤 (少毛 多毛) (3.0 5.6) 3.九重葛 (中毛 多毛) 4.咸豐草 (8.7 5.8) (多毛 多毛) 5.雀榕 (1.5 3.3) (少毛 中毛) (2.2 7.2) 6.榕樹 (少毛 多毛) (2.4 11.5) 7.風鈴木 (少毛 多毛) 21
8.粗葉耳 草 (多毛 多毛) 9.福木 (3.9 4.7) (5.5 14.1) (中毛 中毛) (3.6 3.7) 10.桂花 (中毛 中毛) 11.金露 花 (多毛 多毛) 12.榕樹 (4.3 10.4) (5.4 8.4) (中毛 多毛) (5.1 9.1) 13.陰香 (多毛 多毛) 14. (0.0 2.7) 竹柏 (少毛 少毛) 22
15. (4.1 1.2) 風鈴木 (中毛 少毛) (1.2 5.6) 16.樟樹 (少毛 多毛) 17.風鈴 木 (2.1 14.6) (少毛 多毛) 18.孔雀 豆 (8.3 5.6) (多毛 多毛) 結果說明 1. 經過廣泛的普查學校周圍的樹種 發現肉眼看似光滑的葉子 如等 其 實隱藏著許多毛 尤其是下表皮 朱槿 春不老 金露花 孔雀豆 咸 豐草 粗葉耳草 陰香 金露花都是毛中英雄 2.學者認為樹葉截塵的方式主要以表面的附著物為截塵的關鍵 這些毛如 果夠細 將可呈現蓮花效應的自潔效果 但是如果毛不夠細 將反而成 為卡垢潔塵高手 可被人類利用來潔淨空氣 所以植物會選擇哪一種策 略 這個有趣的問題將在以後的實驗來做更深入的探討 竹子明顯的葉脈 竹柏 明顯的葉脈 23
陸 結論 一 截塵量較多的葉子有竹柏 桂花 竹子 七里香 粗葉耳草和榕樹 二 竹柏和竹子的葉脈平行突出 導致皺褶增加 因此容易卡灰塵 桂花和粗 葉耳草的葉脈也很明顯 卡灰塵的量也不少 三 七里香和榕樹比較特殊 葉脈不明顯 其截塵量或許和葉子較小較密集 或其上面的構造 例如蠟比較厚 毛和氣孔數比較多有關 四 這些截塵量多的植物都不是高大的喬木 很適合在家裡種植哦!卡灰塵的 量比較少的植物 如鵝掌榕 春不老 福木 風鈴木 蒜香藤 九重葛 在路邊灰塵量多的地方 若考慮植物的健康 這些樹種是不錯的選擇 五 環境會影響葉上灰塵的量 6 號榕樹的位置在 其生長地點底下為裸 露泥土 打掃時揚起的灰塵多 導致其截塵量在三個地點的榕樹中最高 是 12 號榕樹的 16 倍 J 榕樹的 11 倍 可見灰塵的量是打掃+車子的廢氣(校 內接近門口) 車子的廢氣(門口) 打掃() 六 金露花卡灰塵的量在明顯的比較少 在校外區正好長在十字路口附近 待速的車多 廢氣也多 是的四倍 風鈴木卡灰塵的量在也是明 顯的比較少 在校外區正好長在自由路的圍牆邊 廢氣多 截塵量是是校 內的 16 倍 七 經由同種植物的比較 灰塵量在真的比校外少 所以植物淨化空氣的 效能不容小覷 由以上結果建議學校或家裡多種植物 八 單位面積氣孔的數量陰香最多 草本的粗葉耳草居第二 錫蘭肉桂和梔子 花的氣孔數也不少 九 葉片小的陰香 截塵量少(編號 1) 葉片較大的陰香(編號 13) 截塵量較 多 這兩棵地點接近 截塵量不同的原因可能是氣孔的數目 小葉較年輕 氣孔數目少 蒸散少 吸附的灰塵可能也較少呢 十 經過廣泛的普查校園內外的樹種 發現肉眼看似光滑的葉子 其實隱 藏 著許多毛 尤其是下表皮幾乎都屬於多毛的 朱槿 春不老 金露花 孔雀豆 咸豐草 粗葉耳草 陰香 金露花都是毛中英雄 十一 竹柏氣孔排列和葉脈一樣整齊排成平行狀 但其氣孔數和毛並沒有特別 多 可見影響其截塵量的因素與葉脈的明顯凸起可能較相關 十二 同種植物的氣孔和毛數因成熟度 大小和地點的不同而有差異 例如陰 香 榕樹和風鈴木 24
十三 上表皮毛較多的前三名植物為孔雀豆 咸豐草 粗葉耳草和陰香 毛較 少的是竹柏 錫蘭肉桂 下表皮毛較多的前三名植物為粗葉耳草 風鈴 木 榕樹 毛較少的是竹子 鵝掌榕 十四 每種植物截塵的策略可能不一樣 竹子 竹柏和桂花截塵量多可能是葉 脈明顯 12 號榕樹毛較多 截塵量並沒有 6 榕樹多 可能是位置影響截 塵量 七里香則和葉片小及表面的蠟有關 粗葉耳草葉脈明顯 葉小 氣孔多毛也多 所以其截塵量也不少 九重葛和小實孔雀豆葉小毛多 但截塵量並沒有很多 錫蘭肉桂氣孔多 截塵量也不多 柒 參考資料及其他 一 中華民國五十三屆全國科展作品 國中組 生活與應用科學科 ---變 型 綠巨人 天空之 塵 終結者 探討樹的滯塵力 二 中華民國五十五屆全國科展作品 高中組 生活與應用科學科 ---埃到你無法呼吸 25
後記 : ( 一 ) 實驗延伸 無尾熊 : 做完實驗之後發現氣孔數量與截塵量並無直接關係, 所以我想, 應該是 氣孔的開關或是凹凸才是影響葉子截塵量的主因, 我覺得我們可以用一 些簡單的工具製作立體的簡易氣孔, 讓我們更深入了解葉子的截塵量與 氣孔的關係 音韻雪 : 我認為葉子的排列 形狀 大小可能會和他的截塵量有關係, 所以我想我下次能多做這幾種, 取不同的變因, 讓我們的實驗能更精準, 更有應用價值! 宮羽夜 : 我覺得我們用室內植物做實驗比較準確, 因為室外植物的變因太多了, 舉凡像是下雨會把灰塵沖刷掉, 進而影響載塵量, 車流量的多寡也會影 響到截塵量 ; 又或者打掃時揚起的塵土量也不盡相同, 因此, 未來若還有機 會, 我們會將變因多的室外植物先排除掉, 並且優先選擇能夠人為控制的 室內植物進行我們的實驗 ( 二 ) 實驗心得 宮羽夜 : 做完這個實驗後, 我更加喜歡植物了, 連一朵花掉在地上都捨不得, 而且 不僅僅是愛上植物, 對於植物的認知也增長了不少呢! 對於參加科展, 雖 然犧牲掉我不少的閒暇時間, 但是與其拿來發呆玩樂, 不如用來學習新 知, 還能順便增進朋友之間的默契! 我們進了縣賽後, 幸運地獲得了第一 名, 拿下全國賽的門票, 而現在的我們正進軍桃園, 努力奪得佳績! 無尾熊 : 我們的第一次做科展, 雖然常常因為意見不合而吵架, 但這反而變成訓 練我們的一個方式, 我覺得我們能一步一步地走到現在的全國賽, 真的 是一個難能可貴的經驗 希望下一次參加科展也能再獲佳績 26
評語 030315 1. 本研究探討校園內外常見植物截塵量和截塵策略, 作者研究投入 18 種植物的截塵量比較, 並加入葉面上毛量和氣孔觀察比較 建議葉子面積 氣孔數量 毛量和截塵量的相關性宜用統計概念進行分析, 可以更清楚各處理組別之間的顯著差異, 增加論證的說服力 2. 實驗設計須注意科學方法的適切性, 例如截塵量的測量方法用 酒精處理, 須考慮水份的蒸散和表面蠟質的溶解 3. 戶外環境的觀察調查無法確定單一變因的影響性, 建議自製觀 察箱直接以葉子或仿生模型, 設計控制各項變因進行單一因子 變因探討, 作為後續觀察研究 030315- 評語