54 國中自然與生活科技 ( 一 ) 3 生物體與營養 3-1 食物中的養分與能量 3-2 酵素 活動 3-1 食物中澱粉與糖的測定 活動 3-2 酵素的作用 3-3 植物如何製造養分 活動 3-3 探討日光對光合作用的影響 3-4 動物如何獲得養分 )
第 3 章生物體與營養 55 狐暗夜中, 花貓縱身而起, 老鼠倉皇逃命, 這是一場生與死的決鬥 透過攝食的行為, 貓兒可獲得維持生存的養分, 而地上的小草又該如何獲取養分呢? 本章將帶領你一探究竟!
56 國中自然與生活科技 ( 一 ) 食物中的養分與能量 魯夫的海賊船在海上航行, 由於已經很久無法靠岸補充食物, 大夥只能用罐頭食品充饑 某天早上, 索隆的牙齦開始流血不止 關節僵硬, 而且全身疼痛, 經過船醫喬巴的診斷, 確認索隆罹患了壞血症 喬巴要求索隆吃橘子, 一段時間後, 索隆就恢復了健康 你知道為什麼水手容易罹患壞血症嗎? 為什麼吃柑橘類的水果可以幫助水手恢復健康呢? 食物中含有多種養分, 各有不同的功能, 其中可 1 食物的熱量為了了解食物中含有多少能量, 科學家常測量食物燃燒時所放出的熱量, 來判斷食物所含能量的多寡 卡是能量的單位,1 卡是使 1 克水在 1 大氣壓下, 度升高攝氏 1 度所需的熱量 1 大卡等於 1000 卡, 也就是 1 仟卡 以供給生物體能量的有醣類 蛋白質和脂質 這些養 1 分在細胞內經過分解作用會產生可利用的能量, 提 供生物體生長 運動等, 甚至在睡眠也需要能量來維 持生命現象 1 公克的醣類或蛋白質可產生 4 大卡的能 量,1 公克的脂質則可產生 9 大卡的能量 醣類又稱為碳水化合物, 包括糖 澱粉和纖維素 等, 我們平日所吃的米 麵和甘藷等食物都含有豐富 的澱粉, 蔬菜水果中含有豐富的纖維素, 可以促進腸 胃的蠕動 ; 魚 肉 蛋 奶 豆類是富含蛋白質的食 物 ; 沙拉油和豬油則是常見的脂質 ( 圖 3-1) 除了醣類 蛋白質和脂質外, 食物中的水 礦物 質和維生素雖然不能提供熱量, 但對正常生命機能的 維持相當重要 水是維持生命所必需的物質, 約占人 體重量的 70% 水同時也是最佳的溶劑, 使生物體內 的物質溶解而容易被運輸, 此外, 生物體的代謝作用 也必須在水溶液狀態下進行 圖 3-1 各種營養物 )
第 3 章生物體與營養 57 礦物質中的鈣質是構成骨骼和牙齒的重要成分, 而鐵質若攝取不足, 則可能會造成貧血症 維生素 A 可以預防夜盲症 ; 維生素 D 和鈣質的吸收有關, 有助 於預防骨質疏鬆症 ; 飲食若長期缺乏維生素 C, 容易 2 引起壞血症 由於人體無法自行合成多數的維生素 和礦物質, 必須由食物中獲取, 所以日常的飲食應該 均衡攝取各類養分, 以維護身體的健康 P76 2 壞血症與維生素 C 維生素 C 存在於新鮮蔬菜和水果中, 若缺乏會導致壞血症, 出現貧血, 牙齦及皮下組織 甚至肌肉嚴重出血的現象 由於壞血症是後天營養不良所造成的, 只要適當補充維生素 C, 即可迅速治癒 食物中能量的測定 利用燃燒法測量一粒花生米所含的能量 如以下步驟, 待花生米完全燃燒後, 測量並記錄水溫, 以計算花生米燃燒釋放出來的能量 假如 50 g 的水, 溫度升高攝氏 40 度, 那麼這一粒花生米釋放出來的能量大約是 50 40=2000 ( 卡 ), 也就是 2 大卡的能量 A 在空鐵罐的底部鑿一個圓孔, 上部剪一個開口, 用試管夾固定錐形瓶 B 倒入 50 g 清水於錐形瓶內, 並以度計測量燃燒前的水溫 (50 ml 的水質量即為 50 g) C 倒入 50 g 清水於錐形瓶內, 並以度計測量燃燒前的水溫 (50 ml 的水質量即為 50 g) D 待花生米完全燃燒完畢, 測量燃燒後的水溫 問題與討論 1. 本活動所測得的花生米能量, 會較花生米真正的能量高還是低呢? 2. 採取哪些措施, 可以減少實驗的誤差? 3. 如果改測蠶豆所含的能量, 發現一顆蠶豆燃燒時釋放的能量, 可以使 100 g 的清水從 21 升高至 60, 試估計這一顆蠶豆含有多少能量?
58 國中自然與生活科技 ( 一 ) 目的 原理說明 3-1 食物中澱粉與糖的測定 醣類包含很 多種類, 本 活動學習測 定澱粉與葡 萄糖的簡易 方法, 並進 器材 ( 以組為單位 ) 刮勺 2 支 三腳架 1 個 滴管 3 支 酒精燈 1 盞 試管 4 支 陶瓷纖維網 1 個 載玻片 2 片 香蕉和蘋果適量 培養皿 2 個 澱粉液 (1 %) 適量 研缽及杵 1 組 量筒 (10 ml)1 個 一步測定食物中是否含有澱粉與糖 1. 碘液是黃褐色試劑, 遇澱粉會呈現藍黑色的反應 2. 本氏液是淺藍色試劑, 加入葡萄糖並加熱, 會依葡 萄糖濃度和作用時間長短出現綠黃橙紅等顏色變化 葡萄糖液 (1 %) 適量 本氏液和碘液適量 燒杯 (250 ml)1 個 葡萄糖含量無 高 步驟 一 澱粉的測定 1 2 將載玻片放在白紙上, 左邊滴上一滴水, 右邊則滴澱粉液 再各滴入一滴碘液, 觀察並記錄顏色變化 二 葡萄糖的測定 1 2 取兩支試管標示 A B, 在 A 試管中加入 3 ml 葡萄糖液,B 試管中加入 3 ml 水 1. 將兩試管再各加入 2 ml 本氏液, 輕搖試管, 使試管中的液體混合均勻 2. 記錄試管內的溶液顏色 )
第 3 章生物體與營養 59 3 1. 將兩試管放入裝有半杯溫水 ( 或熱水 ) 的燒杯中, 進行隔水加熱 2. 觀察試管內溶液的顏色變化 ( 直到顏色不再變化為止 ), 並加以記錄 三 食物中澱粉和糖的測定 1 2 將香蕉和蘋果切片, 放在培養皿內, 分別滴入少許碘液, 觀察並記錄顏色變化 取適量的香蕉泥放入 C 試管中, 適量的蘋果泥放入 D 試管中, 各加入 2 ml 本氏液後, 混合均勻 放入燒杯中隔水加熱, 觀察並記錄顏色變化 問題與討論 1. 食物中若含有澱粉, 滴入碘液後, 顏色有何變化? 2. 測定澱粉時, 在澱粉液的左側滴一滴清水並滴入碘液, 此設計在本活動中有什麼功能? 3. 食物中若含有葡萄糖, 加入本氏液並隔水加熱後, 顏色會如何改變? 4. 根據本活動的結果判斷, 你所檢測的食物中含有哪些養分?
60 國中自然與生活科技 ( 一 ) 酵素 魯夫的海賊船在無風帶滯留了許多天, 眾人已經飢腸轆轆又愁眉苦臉, 而船上的食物卻只剩下兩顆青木瓜和很硬又帶筋的牛肉 香吉士說 : 包在我身上 很快的, 牛排上桌了, 大夥嚐了第一口之後驚呼 : 怎麼可能? 好嫩的牛排! 香吉士說 : 沒什麼, 我只是用青木瓜醃牛肉而已啊! 你知道香吉士利用青木瓜使牛肉變軟的祕密嗎? 如果將白米飯放在口中咀嚼一段時間會變甜, 變 3 受質每一種酵素皆有特定的結構, 唯有能夠和該酵素特定結構結合的物質才能被作用, 因此酵素和受質之間有高度的專一性 酵素的名稱通常以受質來命名, 例如 : 以纖維素為受質的酵素稱為纖維素酶 甜的原因是唾液中的某種成分促進澱粉轉變為糖, 科 學家將這一類能協助特定物質轉變成其他物質的成分, 稱為酵素 ( 又稱為酶 ), 而能被酵素作用的物質稱 3 為受質 酵素的主要成分是蛋白質, 可以改變生物體內的 化學反應速率, 具有催化劑的功能, 可重複使用 酵 素促進的反應中, 有些將較大的分子轉變成較小的分 子, 稱為分解作用 ( 圖 3-2 A); 有些將小分子結合 成較大的分子, 稱為合成作用 ( 圖 3-2 B) 生物體 內物質的分解和合成, 合稱為代謝作用, 而代謝作用 的進行都需要酵素的參與 A 分解作用 圖 3-2 酵素的作用 B 合成作用 )
第 3 章生物體與營養 61 酵素的作用具有專一性, 每一種酵素只能和特定的受質結合, 例如 : 人體唾液中的澱粉酉每能加速澱粉的分解反應, 但不能加速纖維素的分解 ( 圖 3-3) 酵素的活性會受到許多因素影響, 例如 : 溫度及酸鹼值等 在適當的溫度範圍內, 酵素的活性隨溫度升高而增加, 但是若溫度過高, 酵素的活性隨即降低, 甚至永久失去活性 ( 圖 3-4 A); 相反地, 若將酵 素置於冷凍環境中, 酵素活性會降低, 但若回溫, 酵 素的活性也可以回復 此外, 酵素的活性也受到酸鹼 圖 3-3 酵素的作用具有專一性 值的影響, 例如 : 胃液中的消化酵素在酸性環境中活性較佳, 而小腸內的消化酵素則適合在鹼性的環境中作用 ; 當環境的酸鹼值超過酵素能忍受的範圍時, 便會改變酵素的結構和功能, 導致活性降低或消失 ( 圖 3-4 B) 1. 牛羊吃纖維素可以獲得生存所需的養分, 為何人類無法直接消化纖維素來獲得養分呢? 2. 我們常利用冰箱的冷藏室或是冷凍庫來保存食物, 為什麼食物放在冰箱中比較不容易腐敗呢? A 溫度的影響 B 圖中的三條曲線分別代表三種不同 圖 3-4 影響酵素活性的因素 酵素活性受酸鹼值影響的情況
62 國中自然與生活科技 ( 一 ) 3-2 酵素的作用 目的藉由本氏液的顏色變化, 了解唾液中澱粉酶的作用, 並探討溫度對澱粉酶活性的影響 器材 ( 以組為單位 ) 試管 4 支 陶瓷纖維網 1 個 試管夾 1 支 保麗龍盒 2 個 溫度計 2 支 燒杯 (500 ml)1 個 有刻度的滴管 2 支 澱粉液 (1 %) 適量 酒精燈 1 盞 本氏液適量 三腳架 1 個 冰塊適量 建議老師可以指導同學選擇一個操作變因 ( 度 酵素的有無 煮沸與否 ), 從 A B C D 試管中挑選出合適的試管, 作為實驗組和對照組進行實驗 若實驗時間很充裕, 則可考慮四組一起操作 試管唾液澱粉液清水作用環境 A 2 ml 2 ml 0 0~4 冰塊水 B 2 ml 2 ml 0 37 溫水 C 2 ml 2 ml 0 先 100 煮沸唾液之後, 加入澱粉液, 在 37 溫水中作用 D 0 2 ml 2 ml 37 溫水 步驟 1 2 取四支試管標示 A B C D 在 A B C 三試管中分別加入 2 ml 唾液,D 試管中加入 2 ml 清水,C 試管放入熱水中煮沸 10 分鐘 四試管中分別加入 2 ml 澱粉液後, 混合均勻 )
第 3 章生物體與營養 63 3 4 將 A 試管放在裝有 0~4 冰塊水的保麗龍盒中,B C D 試管放在裝有 37 溫水的保麗龍盒中, 作用 25 分鐘 註需注意水的變化, 水過低時須添加熱水 將 A B C D 四試管各加入 2 ml 本氏液, 輕搖試管, 使液體混合均勻 5 1. 放入裝有半杯溫水 ( 或熱水 ) 的燒杯中, 進行隔水加熱 2. 觀察並記錄試管內溶液的顏色變化 註活動結束後, 將各試管中的液體和未使用完的本氏液置入回收容器中, 不可任意傾倒 問題與討論 1. 本活動將 B C D 三試管放入溫水中作用的目的為何? 2. 依據 B D 兩試管的顏色變化, 可知唾液對澱粉產生什麼影響? 3. 比較 A B 兩試管的顏色變化, 可以得到何種推論? 4. 比較 B C 兩試管的顏色變化, 可以得到何種推論? 5. 本活動設置 D 試管的目的為何?
64 國中自然與生活科技 ( 一 ) 植物如何製造養分 娜美種了許多橘子樹苗, 一段時間後, 橘子樹成長茁壯並結實纍纍 這段時間, 魯夫很仔細地觀察橘子樹的變化, 發現娜美只是給小樹苗澆水, 樹苗就逐漸長大, 而盆栽中的土壤並沒有減少, 魯夫好奇的問 : 橘子樹為什麼可以自己長大啊? 請你試著為魯夫解答吧! 就像我們小學曾觀察過的小豆苗, 橘子小樹苗雖然不能表現出攝食行為, 仍可合成生長所需的養分 在植物體內, 具有葉綠體的細胞都可以進行光合作用, 其中, 葉是植物進行光合作用的主要器官, 現在讓我們來認識葉的構造吧! 圖 3-5 山茶花葉片的橫切面示意圖 A 複式顯微鏡下的葉片橫切面 )
第 3 章生物體與營養 65 1 葉的構造 葉的上 下表皮是由扁平 透明且排列整齊的表皮細胞組成 由於排列緊密, 表皮細胞能保護植物體免於外界病原體的感染 ; 而表皮細胞外覆蓋的角質層, 則可以防止水分散失 表皮細胞間散布著許多成對的保衛細胞, 每一對保衛細胞間形成的空隙, 稱為氣孔, 是氣體進出葉的門戶 葉內部的輸導組織稱為葉脈, 能運輸水分和養分 在上 下表皮之間的葉肉組織, 具有葉綠體, 是葉進行光合作用的主要場所 ( 圖 3-5) C 葉內部構造的立體示意圖 B 複式顯微鏡下的葉肉組織 D 保衛細胞與氣孔
66 國中自然與生活科技 ( 一 ) 4 碳反應光合作用的第二階段可以將二氧化碳固定合成醣類, 所以又稱為 碳反應 2 光合作用 綠色植物吸收太陽能, 將來自根部吸收的水分和 由氣孔進入的二氧化碳, 經過一連串的反應, 轉換成 氧氣 葡萄糖和水, 此過程稱為光合作用 當陽光照射綠色植物, 葉綠體中的葉綠素吸收太 陽能, 將水分解, 產生氧氣並釋放到大氣中 這是光 合作用的第一階段, 稱為光反應 在第二階段, 葉綠體中的多種酵素, 利用光反應 產生的能量, 將二氧化碳轉換成葡萄糖和水, 此階段 3 被稱為暗反應 ( 又稱為碳反應 ) 光合作用的總反應式 水 + 二氧化碳 氧氣 + 葡萄糖 + 水光葉綠體 透過光合作用, 植物可將太陽能轉換存於葡萄糖 葡萄糖除了供植物生長所需, 也可以轉變成澱粉 蛋白質或脂質等養分儲存 動物透過攝食的行為, 也獲得了光合作用產生的養分, 等於是間接利用了太陽能 此外, 光合作用可釋出氧氣並利用二氧化碳, 所以兼具有調節空氣成分的功能 ( 圖 3-6) P77 )
第 3 章生物體與營養 67 圖 3-6 葉綠體中光合作用進行的主要過程示意圖 魯夫在學習光合作用單元之後, 參考光合作用的反應式, 用圖像整理重要概念, 你認為圖中 A B C D E 分別代表什麼物質呢? 你的判斷依據是什麼? ( 提示 :D E 是進行光合作用的原料 ;A B D 皆可由氣孔進出 ;A E 是相同的物質 )
68 國中自然與生活科技 ( 一 ) 3-3 探討日光對光合作用的影響 目的證明植物進行光合作用產生的養分能以澱粉的形式儲存, 而光照是光合作用的必要條件 器材 ( 以組為單位 ) 燒杯 (100 ml)1 個 燒杯 (250 ml)1 個 培養皿 1 個 鑷子 1 支 滴管 1 支 酒精 (95 %) 約 40 ml 碘液適量 酒精燈 1 盞 陶瓷纖維網 1 個 三腳架 1 個 植物葉子 ( 在植株上 )1 片 迴紋針 ( 使用鋁箔時才用 )2 支 不透光數字貼紙 ( 或長條鋁箔 )1 張 建議 1. 植物的葉片可選擇日日春 鬼針草 天竺葵 甘藷葉或繁星花 2. 請勿選擇 : 1 太軟或太薄的葉片, 以免撕下貼紙時, 造成葉片的破損 ; 2 過大的葉片不易操作 ; 3 太厚的葉片, 因為角質層太厚, 不易軟化 步驟 1 2 進行活動前一週左右, 在植株上選擇一片葉片, 用不透光數字貼紙貼在上表皮 註或用長條鋁箔包住葉片的中間一段, 並以迴紋針固定 1. 活動時, 將處理過的葉片摘下, 除去上面的貼紙 ( 或鋁箔紙 ), 放入裝有約半杯熱水的燒杯內加熱 2. 數分鐘後, 用鑷子取出已軟化的葉片, 改放入裝有適量酒精的 100 ml 燒杯中 )
第 3 章生物體與營養 69 3 4 再把 100 ml 燒杯放入 250 ml 燒杯內, 隔水加熱 加熱過程中, 觀察並記錄酒精及葉片的顏色變化 待葉片顏色褪去變淡, 熄滅酒精燈, 把小燒杯由大燒杯取出, 再以鑷子將葉片夾出, 改放到大燒杯內的熱水漂洗! 要記得先熄滅酒精燈, 以免發生危險 取 出小燒杯時要多加小心, 避免燙傷 5 6 用鑷子從大燒杯內取出葉片, 平放在培養皿中, 以滴管吸取碘液, 滴在葉片上, 檢驗是否有澱粉反應 觀察並記錄葉片的顏色變化情形 註此圖以鬼針草為例 問題與討論 1. 用不透光貼紙 ( 或鋁箔 ) 貼在葉片上的目的為何? 2. 將葉片放在酒精中隔水加熱, 此步驟中酒精有何功能? 為什麼要隔水加熱呢? 3. 根據碘液檢驗的結果, 葉片何處變色? 請解釋活動的結果
70 國中自然與生活科技 ( 一 ) 動物如何獲得養分 魯夫等人造訪著名的海上餐廳, 名廚香吉士端出許多拿手料理, 但魯夫只是拚命地吃豬腳 啃雞腿, 無視其他蔬菜料理的存在 連續吃了幾天之後, 魯夫的肚子脹痛難耐, 有便祕的現象, 你認為可能是什麼原因造成的? 你會如何幫助魯夫解決肚子痛的問題呢? 圖 3-7 變色龍用舌頭捕食 1 攝食構造與消化構造的多樣性 綠色植物可以利用光合作用自行製造葡萄糖, 動物則透過攝食的方式獲得生存所需的大部分養分 自然界中的食物種類很多, 不同動物取得食物的攝食構造也具有多樣性 : 變色龍用舌頭捕食 ( 圖 3-7); 蝴蝶利用管狀的口器吸食花蜜 ( 圖 3-8); 水螅用觸手捕食 圖 3-9 動物的牙齒結構 圖 3-8 蝴蝶利用管狀的口器吸食花蜜 )
第 3 章生物體與營養 71 獅和豹等肉食性動物有發達的犬齒, 以利攻擊獵 物與撕裂食物 ; 牛和斑馬等草食性動物有發達的臼齒, 可以磨碎食物 ; 雜食性的動物如人類, 則是門齒 犬齒和臼齒均衡發展 ( 圖 3-9) 除了攝食構造有多樣性, 動物的消化構造隨著種 5 類的不同也有多樣性 水螅和海葵具有比較簡單的 囊狀消化腔, 牠們利用觸手捕食, 將食物由口送入囊 5 單細胞生物的消化構造單細胞的小生物, 例如 : 草履蟲 變形蟲等, 並無特殊的消化構造, 牠們將食物吞入細胞內, 形成食泡, 利用酵素將食泡內的食物分解後再吸收 狀的消化腔中消化吸收, 最後食物的殘渣仍由此開口排出 ( 圖 3-10 A) 大多數的動物和人類一樣具有管狀消化系統, 食物由口進入消化管, 經過消化吸收後, 殘渣由肛門排出 ( 圖 3-10 B) 變形蟲吞噬食物 A 水螅利用觸手捕食小動物後, 放入囊狀消化腔 B 貓攝食後食物會進入其管狀消化系統, 進行消化與吸收
72 國中自然與生活科技 ( 一 ) 6 食道的蠕動當食團進入食道後, 食道上端受到食團進入的刺激, 食道壁自食團後方開始收縮, 呈現一張一縮的連續波動, 將食團逐步推擠到胃 ( 如下圖 ) 經由食道的蠕動將食團推擠到胃中 2 消化作用 動物所攝取的養分大多是較大的分子, 不能直接 通過細胞膜, 必須先轉變成較小的分子, 才能被細胞 吸收 其中, 澱粉被分解成葡萄糖, 蛋白質被分解成 胺基酸, 脂質被分解成脂肪酸和甘油等較小的分子, 才能被細胞吸收和利用 這種將大分子養分轉變成較 小分子養分而加以吸收的過程, 稱為消化作用, 多數 由消化系統負責 人體的消化系統包括消化管和消化 腺兩部分 ( 圖 3-14) 人體的消化管包括口腔 咽 食道 胃 小腸 大腸和肛門 消化管具有肌肉, 可蠕動以協助食物消 6 化 消化腺包括唾腺 胃腺 腸腺 胰臟和肝臟 消化腺會分泌消化液, 消化液中大多含有酵素, 注入 消化管後可以加速食物的分解 口腔內的牙齒可以咀嚼食物, 唾腺會分泌唾液, 舌頭攪拌可以幫助食物和唾液混合, 溼潤以利吞嚥 唾液中的酵素則能促進澱粉的初步分解 咽可以控制食物進入食道, 再藉由食道壁的蠕動 將食物推送進入胃中 )
第 3 章生物體與營養 73 胃呈囊狀, 可以暫時儲存食物 胃壁中的胃腺可以分泌胃液 胃液中含有鹽酸及酵素, 其中鹽酸呈強酸性, 具有殺菌功能, 並可促進胃液中的酵素初步分解蛋白質 P77 食物通過胃之後, 藉由消化管壁的蠕動被推送進入小腸 小腸很長, 盤曲在腹腔中, 不但是分解食物 的主要部位, 更是吸收養分和水分的主要場所 當小 腸內有食物時, 肝臟分泌的膽汁和胰臟分泌的胰液都 會經由導管注入小腸中, 協助食物的消化 ( 圖 7 3-11) 膽汁雖然不含酵素, 但可以乳化脂質, 提 高脂肪被分解的效率 胰液中含有多種酵素, 有助於 醣類 蛋白質和脂質的分解 小腸壁中的腸腺會分泌 腸液, 腸液中的酵素主要和消化醣類 蛋白質有關 小腸的內壁具有很多皺褶, 皺褶上還有許多指狀 小突起, 稱為絨毛, 可增加吸收的表面積 小分子養 分和大部分水分由小腸絨毛細胞吸收, 再由適當的途 徑將養分帶至全身, 供給細胞利用 ( 圖 3-12 3-13) 圖 3-11 膽汁和胰液都經由導管注入小腸 7 膽汁的功能膽汁由肝臟分泌, 被儲存在膽囊中 膽汁雖然不含消化酵素, 但卻能將油脂變成顆粒狀懸浮的小油滴 ( 乳化 ), 可增進脂質被脂肪酶分解的效率 圖 3-12 小腸內壁示意圖 圖 3-13 小腸組織 ( 已染色 )
74 國中自然與生活科技 ( 一 ) 最後, 在小腸中未被 消化吸收的食物殘渣和剩 8 餘的水分, 進入大腸 大腸比小腸粗短, 可繼續 吸收水分, 而食物殘渣 大腸壁細胞 腸內細菌和 剩餘的水分混合形成糞 便, 由肛門排出體外, 稱 為排遺 ( 圖 3-14) 8 闌尾炎盲腸位於右下腹部大腸的起始端, 是一個封閉的囊袋, 其下的指狀突起即稱為闌尾 當闌尾發炎時, 會造成腹部疼痛, 俗稱盲腸炎 此種發炎在闌尾破損時, 細菌可由破損區進入腹腔, 引起有致命危險的感染, 故通常以外科手術切除 當飲食不潔引起腹瀉時, 為什麼排出的糞便不是平日的條狀, 而是水狀或粥狀? 圖 3-14 人類的消化系統示意圖 )
第 3 章生物體與營養 75
76 國中自然與生活科技 ( 一 ) 別當 紙片人 一認識厭食症 課本 P57 2006 年 11 月 15 日, 年方 22 歲的巴西知名模特兒安娜 卡羅琳娜 雷斯頓 (Ana Carolina Reston, 1984-2006) 因為長期過度節食罹患厭食症, 併發腎衰竭, 最後因多重器官感染而死亡, 臨死前, 身高 174 公分的安娜, 體重僅 40 公斤,BMI 值為 13.2 2007 年 1 月英國又有一名過瘦的模特兒查莉 湯姆金森 (Charlie Tomkinson),15 歲就罹患厭食症, 為了控制體重, 每天只吃半個蘋果,20 歲時,180 公分高的查莉, 瘦到只剩下 38 公斤, 嚴重骨質疏鬆, 骨骼空洞仿如 90 歲老婦人, 注定一輩子都得依賴輪椅才能行動 為了反制這股歪風, 許多國家相繼禁止 BMI 過低的紙片人走秀 究竟是什麼原因, 會使人抗拒食物, 甚至活活把自己餓死呢? 厭食症 (anorexia nervosa) 常被認為是西方社會強調 瘦才是美 的文化症候群, 患者的特徵是對身體形象和體重的過度關切, 用許多方法來控制體重, 隨著體重減輕, 會造成身體機能改變或不良合併症出現, 例如電解質不平衡 貧血 無月經 蒼白虛弱 便祕 低血壓 心跳過慢, 甚至骨質疏鬆等等, 嚴重可能致死 所以, 同學們, 正常的飲食和規律的運動才是維護健康 塑造美麗的正確方法, 千萬不要過度節食喔! BMI 公式 = 體重 ( 公斤 ) 身高 2 ( 公尺 ) 2 (BMI=Body Mass Index) 成人的體重分級與標準表 分 級 身體質量指數 分 級 身體質量指數 體重過輕 BMI<18.5 輕度肥胖 27 BMI<30 正常範圍 18.5 BMI<24 中度肥胖 30 BMI<35 過 重 24 BMI<27 重度肥胖 BMI 35 資料來源 : 衛生署食品資訊網 / 肥胖及體重控制 )
第 3 章生物體與營養 77 植物需要二氧化碳才能活? 課本 P66 植物學家索爾緒 (Nicolas-Theodore de Saussure, 1767~1845) 想知道 : 植物沒有二氧化碳 就不能活嗎? 於是他準備兩個大玻璃球, 分別包 覆在樹枝上, 其中一個玻璃球內放入石灰以吸收 二氧化碳, 另一個玻璃球沒有石灰 實驗三個星 期後, 裝有石灰之玻璃球中的樹枝, 葉子掉光了, 而沒有石灰之玻璃球中的樹枝, 葉片沒有掉落, 即使經過兩個月, 葉子還是沒有掉落 為求 慎重, 索爾緒的實驗總共用了四種樹木進行, 都得到相同的結果 經 由此系列實驗結果, 索爾緒證明了 植物的確需要二氧化碳才能活 聖馬丁的故事 課本 P73 1825 年, 有一個年輕的船伕聖馬丁 ( A. St. Martin), 意外被獵槍在胸腔 下方打了一個洞, 穿透了肋骨 胃和部分腸子 當時博蒙特 ( William Beaumont, 1785~1853) 醫師為他治療傷口, 預期病人受了這麼大的傷恐怕會 不久於人世, 沒想到聖馬丁奇蹟似地活了下來, 但是因為傷口無法完全癒合, 於是肚皮上留下一個直徑 2.5 公分的洞 過去的經驗給博蒙特醫師一個靈感, 這也許是一個解開人體消化之謎的 寶貴機會, 於是他設計了一些有趣的實驗, 利用胃的這個孔洞抽胃液, 觀察 聖馬丁和博蒙特醫生 石灰 實驗組 胃裡的消化過程 透過與聖馬丁的 巧妙合作, 博蒙特醫師長時間觀察 與記錄胃部的活動情形, 並出版著 作 : 胃液和消化生理的實驗和觀察 (1833 年出版 ), 讓人們對胃的消 化過程有更深入的了解, 因而被尊 稱為胃部生理學之父 對照組
78 國中自然與生活科技 ( 一 ) 3-1 食物中的養分與能量 1. 食物中的醣類 蛋白質和脂質等養分被分解後, 可產生能量以維持生命現象 2. 礦物質 維生素和水雖然不能提供能量, 卻是生物維持正常生理機能不可或缺的養分 3-2 酵素 1. 酵素的主要成分是蛋白質, 是生物體內的催化劑, 可以加快反應的速率 生物體內的代謝作用需要酵素的參與 2. 酵素的作用具有專一性, 只和特定的受質作用, 催化特定的化學反應 3. 酵素促進的反應中, 有些將較大的分子轉變成較小的分子, 稱為分解作用 ; 有些將小分子結合成較大的分子, 稱為合成作用 生物體內物質的分解和合成合稱為代謝作用 4. 酵素的活性受到溫度和酸鹼值的影響, 在不適當的環境下, 酵素的活性會降低, 甚至永久失去活性 3-3 植物如何製造養分 1. 植物進行光合作用的主要器官是葉 葉片中的葉肉組織具有很多葉綠體, 是細胞進行光合作用的場所 2. 植物利用葉綠體吸收太陽能, 將水和二氧化碳轉換成葡萄糖 氧氣和水的過程稱為光合作用, 可以分為光反應和暗反應兩個階段 3. 植物進行光合作用, 可將太陽能轉換成儲存在養分中的能量 動物藉由攝食的過程, 能量也能轉移到體內 4. 光合作用可消耗二氧化碳, 並釋放氧氣 3-4 動物如何獲得養分 1. 動物藉由攝食的方式獲取生存所需的養分 2. 動物的消化構造簡單區分為 : 囊狀消化 腔和管狀消化系統 種類特色 構造 舉例 囊狀消化腔 消化管只有一個開口 ( 有口無肛門 ) 水螅 海葵 管狀消化系統 消化管有兩個開口 ( 有口有肛門 ) 蚯蚓 雞 人類 3. 人體的消化系統包含消化管和消化腺 4. 人體的消化管包含口腔 咽 食道 胃 小腸 大腸和肛門等, 負責消化 分 解 推動食物, 以及吸收養分與水分 5. 人體的消化腺及其功能 : 消化腺消化液 作用的部位 主要作用的對象 唾腺唾液口腔澱粉 胃腺胃液胃蛋白質 腸腺腸液 小腸 肝臟膽汁小腸脂質 胰臟胰液 6. 養分的分解 : 大分子養分 澱粉 蛋白質 脂質 小腸 醣類 蛋白質 醣類 蛋白質 脂質 分解後的小分子養分 葡萄糖 胺基酸 脂肪酸和甘油 7. 小腸兼具有消化和吸收的功能, 可吸收 養分和大部分的水分 小腸內壁的絨毛 可以擴大吸收的表面積, 提高吸收效率 )
第 3 章生物體與營養 79 大家來找碴 ( 找出錯在哪裡 ) 1. 食物中所有的養分都能提供生物生存所 需的能量 (P.56) 3. 下圖中的甲 乙 丙 丁各為何種物質?(P.67) 2. 蛋白酉每可以分解和合成蛋白質 (P.61) 3. 綠色植物進行光合作用所需的水和氧氣 都是經由氣孔進入植物體 (P.66) 4. 光合作用的光反應在白天進行, 暗反應則在晚上進行 (P.66) 5. 唾腺分泌的唾液進入胃後, 仍可以繼續分解澱粉 (P.72) 6. 膽囊是消化腺, 可以分泌膽汁 (P.73) 腦內大革命 ( 寫出正確答案 ) 酵素的特性 1. 有關酵素的性質, 下列敘述何者錯誤? (P.60) (A) 細菌中也含有酵素 (B) 酵素參與生物體內的代謝作用 (C) 酵素的種類不同, 其功能也不同 (D) 酵素在活的生物體內才有作用 人體的消化作用 4. 魯夫吃了一個排骨便當, 此便當含有 : 醣類 100 公克 脂質 10 公克 蛋白質 40 公克, 鈉 鈣各 10 毫克, 維生素 C 200 毫克 請問 : 這個餐盒所含的熱量共有多少大卡?(P.56) (A) 450 (B) 550 (C) 650 (D) 750 5. 在魯夫吃了一個排骨便當, 又喝了一杯果汁後, 有關食物被消化吸收的過程, 請參考下面消化系統的示意圖, 以代號回答下列問題 :(P.72~75) 光合作用的功能 2. 下圖是某植物葉片橫切的構造示意圖, 哪個構造可以進行光合作用?(P.65) (A) 甲 (B) 乙 (C) 丙 (D) 丁 (1) 協助排骨消化的酵素由 分泌 (2) 是主要吸收養分的部位 (3) 能吸收果汁中所含水分 (4) 可以分泌膽汁 (5) 最後食物的殘渣由 排出