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【第二節】 葉與運輸作用的關係

☆    想一想：由「活動4-1: 植物體內水分的運輸」得知，植物散失水分最嚴重的器官是  葉  。 為什麼「它」會散失那麼多水分呢？是否和「它」的構造有關呢？

１﹒葉的構造：（參見課本照片及講義編號 P17 左：葉片構造圖）

(1). 上表皮：

1.上表皮細胞透明，表面有「角質層」（蠟質），可防止葉內水分散失

2.不含葉綠體 

3.氣孔較下表皮少。

(2). 柵狀組織：細胞柱狀，排列緊密（似木柵，故名）。細胞含葉綠體最多，是葉片行光合作用最主要的部位。

(3). 海綿組織：細胞形狀不規則，排列疏鬆，細胞與細胞之間的空隙大（可增加ＣＯ_２接觸面積），細胞也富含葉綠體，可行光合作用和儲存養分。

（註：柵狀組織 ＋ 海綿組織 ﹦葉肉）

(4). 下表皮 ：情況同上表皮，但氣孔數目比上表皮多

(5). 葉脈  ：1.由莖的維管束延伸而來，為「葉片內的維管束」

2.主要功用為運輸和支持

3.葉脈上半部為 木質 部（運輸水分），下半部為韌皮部，運輸養分。

4.不含葉綠體。

(6). 氣孔  ：1.葉的上、下表皮散生很多氣孔 

2.它們不是細胞，它們只是兩兩成對的保衛細胞之間的「細胞間隙」 

3.是水分散失和氣體進出葉片的通道

4.由此處進出葉片的，均為氣體，包括：CO₂、O₂、水蒸氣

(7). 保衛細胞：形狀「半月形」，含葉綠體，功能是：控制氣孔的開閉（大小），此項功能與保衛細胞內側（近氣孔側）的細胞壁增厚有關。

２﹒氣孔的補充說明：

(1). 葉的下表皮，平均每一平方公分面積內約有一萬個氣孔。（葉片其實是「千瘡百孔」）

(2). 葉是植物散失水分最嚴重器官，那麼，水分是由葉片的那種構造蒸散？

答： 氣孔

(3). 氣孔會蒸散大量水分，為何葉片要開那麼多孔？

答：葉片行光合作用，需CO₂（氣體），並排出O₂（氣體），為了能讓這些氣體進出葉片，所以葉片表面需開孔。

（註：植物的根吸收的水分，除部分（不到10% ）被細胞利用外，大部分（超過90% ）被蒸散作用，經由氣孔散失到空氣中。

(4). 葉片不開孔（氣孔），則無法行光合作用自製養分；開了氣孔，又會因蒸散作用而浪費太多水分，如何「兩全其美」？

答：最好是「氣孔可以配合需要而開、閉」（可以控制氣孔的大小）。

（這任務由保衛細胞來擔任）

(5). 保衛細胞如何控制氣孔的大小？

 答：保衛細胞近氣孔側的細胞壁增厚，當水分大量進入保衛細胞，會使保衛細胞膨大而形狀變  彎曲  ，氣孔隨之開啟。

（保衛細胞充水→膨脹→彎曲→氣孔打開）

（保衛細胞失水→萎縮→變直→氣孔關閉）

(6). 氣孔何時開？何時關？

答：白天、有光、高溫、植物體內水分太多時：氣孔打開

 晚上、黑暗、低溫、植物體內缺水時：氣孔關閉

３﹒植物體內水分上升的動力有那些？

答：(1). 蒸散作用：水分從氣孔蒸散出去時，便會產生一股  拉力  ，將木質部細管內的水柱往上牽引。（此拉力來自水分子與水分子之間的吸引力）

(2). 毛細管現象：在很細的管子內，水會自動上升。（原理：「內聚力」和「附著力」）

(3). 根壓：部分多汁植物（例如：番茄）的根，可產生將液體往上推壓的力量。

４﹒蒸散作用對植物有何「有利」與「不利」？

答：有利：1. 使水上升（有助於植物吸收水分） 

2. 調節植物的溫度（避免被日光灼傷）

不利：使植物損失大量水分。（註：根所吸收的水，超過90% 經由蒸散作用散失）

５﹒評量：請以葉片的構造，回答下列各題：

1.葉片表面防止水分散失的構造稱為什麼？

答：角質層。

2.水蒸氣由何處散失？

答：氣孔。

3. 光合作用所需的ＣＯ_２和產生的Ｏ_２由何處進出葉片？

答：氣孔。

4. 經由氣孔進出葉片的氣體有那三種？分別和那些作用有關？進入還是出來？

答：三種氣體分別是：CO₂、O₂、水蒸氣  

光合作用時：CO₂進入葉片；O₂出來，離開葉片。

呼吸作用時：O₂進入葉片；CO₂出來，離開葉片。

蒸散作用時：水蒸氣出來。（只有出，沒有進）

5. 氣孔的大小，由誰控制？

答：保衛細胞。

6. 葉片內，可行光合作用的細胞有那些？

答：柵狀組織、海綿組織、保衛細胞。

7. 葉片經酒精褪色後，滴加碘液，那些地方會出現藍黑色？

答：柵狀組織、海綿組織、保衛細胞。

8. 將光合作用所需的水運來的構造是：葉脈。

9. 將光合作用產生的糖運走的構造是：葉脈。

10. 若進行芹菜＋紅墨水實驗，葉片內最先出現紅墨水的部位是：葉脈。

11. 海綿組織排列疏鬆，有何好處？

答：可以增加細胞和CO₂接觸的表面積。

12. 需要ＣＯ_２最多的部位是那裡？

答：柵狀組織。

13. 產生Ｏ_２最多的部位是那裡？

答：柵狀組織。

問題集：「由認知到欣賞，由理解到感恩」──構造與功能的關係，以「葉」為例

１﹒為什麼絕大多數的葉片是「扁平的」？這對葉片行光合作用有何好處？

（請考慮照光面積）

２﹒植物由水中演化到陸地，保有體內水分是很重要的課題。如何避免水分由葉片表面散失？

３﹒葉片上、下表皮的細胞是透明的，對光合作用有何益處？

４﹒葉片會由氣孔蒸散很多水分，為什麼葉片要有很多氣孔？能不能不要氣孔？

５﹒沒氣孔葉片無法行光合作用，有氣孔又會損失大量水分，如何「兩全其美」？

６﹒保衛細胞內側（近氣孔）細胞壁增厚，此構造上的特徵，使它擁有何種功能？

７﹒為何葉肉細胞富含大量的葉綠體？

８﹒葉片內為何需要有葉脈？

９﹒下表皮氣孔數目通常比上表皮多，有何「有利之處」？

10﹒位於下方的海綿組織細胞間的空隙大而多，此安排有何用意？

11﹒若將海綿組織和柵狀組織位置對調，對光合作用有何不利？

12﹒仙人掌比一般植物更耐乾旱，它在光合作用和保有水分兩者之間如何調適？此時，葉片仍是光合作用的主要器官嗎？

13﹒經由上述諸多問題的思考，你認為葉片構造上的安排，使它最適合擔任何種任務？

14﹒假如你是一位「發明家」，現在請你替植物設計用來進行光合作用的器官，你會把植物的葉片設計成什麼樣子？請畫出你的設計圖，並附簡單說明。

（人類不也設計「人工心臟」，用來替代真正心臟的功能？）