第三章 植物的營養器官與功能

生命科學3.1 根、莖和葉的構造

植物營養來源 自營：無機物、水及二氧化碳→醣類、胺基酸等有機物(光能→化學能) 生產者(光合作用)：供植物本身需要、提供其他生物所需 植物營養物質 組成成分：C、H、O、N、P、S…等重要元素(人體含量：O＞C＞H) 無機鹽：量很少，以化合物或離子存在土壤(新陳代謝、能量轉換等化學反應)

植物的演化關係圖

植物營養器官之構造 植物營養器官:根、莖、葉 (植物約30萬種，被子植物占26萬種) 無維管束植物 維管束植物 環境適應 水生或潮濕處 陸生 體型 矮小 高大 根莖葉 無 有 運輸方式 擴散作用(效率低) 維管束(效率高) 例子 藻類、蘚苔類 蕨類、裸子植物、被子植物(雙子葉、單子葉)

維管束 木質部 韌皮部 位置 維管束內側 維管束外側 組成 木質纖維 導管 假導管 篩管 伴細胞 韌皮纖維 功能 支持 運送水和礦物質、支持 運送糖及其他有機物 供能量幫助運輸 分佈 單、雙子葉植物 蕨類、多子葉(裸子)、單雙子葉植物

植物的輸導組織 (管胞) 導管 假導管 篩管和伴細胞

莖的縱切面和篩管的示意圖 a.導管 b.假導管 c.篩管

導管 假導管 篩管 伴細胞 細胞活性 死細胞 活(有質無核) 活(有質有核) 形狀 管狀(兩端鈍) 細長形(兩端尖) 細長形 細胞壁 厚壁、有花紋(孔、螺…) 薄壁、無花紋 上下細胞 細胞壁消失,完全打通 上下不通 有篩板(其上有篩孔) 不相接 橫向 壁孔 側篩孔 無 運輸原理 蒸散作用、毛細水柱、根壓 主動運輸(耗能量) 運輸方向 往上及左右(單方向) 上、下及左右(雙向)

中肋 葉肉 葉脈 葉柄 葉片的構造(外觀) 葉脈 a.網狀脈 b.平行脈

葉：行光合作用(轉換光能合成有機物) 葉的外形 葉序 對生 互生 輪生 定義 每節生兩枚相對的葉片 每節只生一枚葉片 每節生三枚以上的葉 例子 槭、紫蘇… 楓、朱槿… 夾竹桃(三葉)、軟枝黃蟬(四葉) 葉的外形 葉片 葉柄 托葉 形狀 扁平狀(單葉、複葉) 梗狀(連接莖枝和葉片) 著生在葉柄基部 功能 增加吸收光能面積 運輸和支持葉片 單子葉具葉鞘包圍莖 保護幼芽

互生 輪生 對生 葉序 單葉和複葉

葉的外形 二上P70 雙子葉植物 單子葉植物

顯微鏡低倍下 高倍

葉片 表皮 葉肉細胞 分為上下層、不具葉綠體 1.角質層：角質或蠟質、防止水分散失 2.保衛細胞：含葉綠體、成對半月形構成氣孔(細胞壁內厚外薄、吸水張開) 3.氣孔：下層多、水分蒸散及氣體進出通道 含葉綠體的薄壁細胞 1.柵狀組織：柱狀、上、緊密、葉綠體多(主要行光合作用場所) 海綿組織：不規則、下、疏鬆、葉綠體少 2.葉內維管束：中肋、葉脈(上有木質部、下有韌皮部)，具有運輸和支持的功能 特化葉：針狀葉(仙人掌)、儲存葉(洋蔥、百合)、卷鬚葉(胡瓜)、捕蟲葉(豬籠草、狸藻…)

橫切面 角質層 表皮 柵狀組織 導管 葉肉 導管 篩管 篩管 海綿組織 保衛細胞 氣室 氣孔 葉脈

食蟲 植物 狸藻 豬籠草 毛氈苔 捕蠅草

氣孔的分佈 分佈 上下表皮均有 僅下表皮 僅上表皮 上下表皮均無 環境 水分較多處 缺水地區 浮水性 沈水性(葉小而薄、直接擴散) 例子 水稻 榕樹 睡蓮、浮萍 水蘊草

葉面( )

影響氣孔開閉的因素 氣孔 張開 (保衛細胞膨壓變大) 關閉 (保衛細胞膨壓變小) 光照 白天.光照 (光合作用進行) 夜晚.黑暗 (光合作用停止) CO2濃度 下降(PH值高) 上升(PH值低) K+濃度 K+進入保衛細胞 K+釋出保衛細胞 溫度 低 太高 土壤含水量 多 少 離素(ABA；逆境激素) 增加(細胞膜通透性改變→K+流失)

氣孔開閉機制及氣孔螢光圖 氣孔打開 氣孔關閉

二氧化碳濃度及光照影響氣孔開閉的機制 因素 光 暗 變化 CO2濃度下降 ↓ K+經由主動運輸進入保衛細胞滲透壓升高 水滲透進入保衛細胞膨壓增大 保衛細胞膨脹 氣孔開 CO2濃度上升 K+由保衛細胞釋出滲透壓降低 水由保衛細胞滲出膨壓減少 保衛細胞舒緩 氣孔閉

被子植物的外部形態

莖：支持植物體.運輸水分和營養物質.儲存養分 外形 生長點 節 節間 特點 分生細胞(使莖增高) 葉芽或花芽由此分生 使莖增長 雙子葉草本莖：莖軟.矮.加粗有限(形成層活動有限) 橫切 表皮 皮層 維管束 髓 功能 保護及防止水分散失 儲存水分及養分(薄壁細胞) 環狀排列(韌皮部在外、木質部在內) 形成層：分生新細胞、使莖加粗 單子葉草本莖： 表皮 基本組織 維管束 髓腔 薄壁細胞 主要部分 散生在基本組織中(外有韌皮部、內有木質部) 有些莖形成中空，如稻、麥

雙子葉植物莖的構造 (向日葵莖的橫切面)

維管束形成層細胞分裂， 向外產生韌皮部，向內產生木質部 維管束 形成層 細胞 分裂 一個細胞分化為木質部 分裂 一個細 胞分化 為韌皮 部 分裂後再分化 生長的方向 C：代表維管束形成層 P：代表韌皮部細胞（下標數字代表形成的順序） X：代表木質部細胞（下標數字代表形成的順序）

單子葉植物莖的構造(玉米莖的橫切面)

雙子葉木本莖(多年生)：分喬木(有主幹)、灌木(莖枝由基部叢生) 外到內 樹 皮 形成層 木質部 表皮 木栓層 木栓形成層 皮層 韌皮部 功能 經過持 續增 粗、表 皮脹裂 保護、防止水散失 木栓細胞(含木栓) 皮層最外側細胞分化而成 向內增生較多、快 年輪：邊材、心材(各含有秋、春材) 樹皮：表層散生皮孔(圓形、橫列狀)、代替氣孔交換氣體(皮孔：分佈在莖或根.具次級生長的木本植物，含填充細胞.木栓形成層.栓內層(綠皮層))

雙子葉木本莖的橫切

形成層 樹皮

皮孔

(a) 木本雙子葉植物的莖 a.年輪 b.木質部與樹皮 樹皮 年輪 (b)

年輪：推測樹木年齡、當時氣候變化情況 (熱帶不明顯) 邊材 心材 分佈 外側新生細胞 內側老化細胞(堆積大量填充物) 特點 含水較多、顏色較淡、具運輸功能 含水較少、顏色較深、不具運輸功能 秋材(晚材) 春材(早材) 生長季節 寒冷、乾燥的秋冬季節 溫暖、多雨的春夏季 細胞分裂 減弱 強 新生細胞 小、壁厚、顏色深(範圍窄) 大、壁薄、顏色淺(範圍寬)

根的外形 二上P62 軸根系 鬚根系

根:固持植物體、吸收水分及無機鹽、儲存養分 鬚根 軸根 外形 根細而多、呈鬚狀 具較粗的主根及支根(周鞘分生而成) 分佈 淺的表土中 深入土壤中 例子 雜草等單子葉植物 較大型等雙子葉植物

根的縱切面 生長點 根帽(根冠) 洋蔥根尖

縱切面 根冠 生長點 延長部 成熟部 功能 保護生長點細胞 又稱根帽 不斷細胞分裂使細胞增多(分生組織) 增大體積使根伸長 吸收水分及無機鹽(有維管束、根毛) 橫切面 表皮 皮層 中柱(維管柱) 組成 薄壁細胞(保護組織) 根毛：成熟部表皮細胞 向外突出形成 薄壁細胞(薄壁組織) 內皮：最內一層皮層、細胞壁含木栓素阻止水分流通 周鞘：分裂形成支根 韌皮部 木質部 功能 保護 儲存養分(內常有澱粉粒) 運輸

根的橫切面圖 中柱 韌皮部 周鞘 木質部 內皮 表皮 皮層

變態根：板根(鳳凰木)、支持根(榕樹)、呼吸根(落羽松、海茄苳)、儲存根、氣生根 單、雙子葉植物根的比較 雙子葉 單子葉 外形 軸根系 鬚根系 髓 無 有(在根的中央) 形成層 有 維管束 輻射狀相間排列 圖示 韌皮部 髓 木質部 變態根：板根(鳳凰木)、支持根(榕樹)、呼吸根(落羽松、海茄苳)、儲存根、氣生根

可食用的根和莖 蓮藕 馬鈴薯 薑 甘藷

雙子葉植物和單子葉植物特徵的比較 子葉 花部 花粉粒 葉脈 環狀 3個孔或溝 散生 1個孔或溝 3 的倍數 莖的維管束排列 兩個 網狀脈 4 或 5 的倍數 兩個 網狀脈 散生 1個孔或溝 3 的倍數 一個 平行脈

單、雙子葉比較 雙子葉 單子葉 子葉 兩個(胚乳退化) 一個(胚乳發達) 葉脈 網狀脈 平行脈 莖 有草本和木本 維管束呈環狀 (具形成層和髓) 多草本 維管束呈散生 (不具形成層和髓) 花 4或5或其倍數(花萼、花冠區分明顯) 3或3的倍數(花被：花萼、花冠分不清) 根 軸根系 不具髓、有形成層 鬚根系 具髓(在中央)、不具形成層 例子 杜鵑花、榕樹、豆類、毛茛 百合、稻米、小麥、玉米

生命科學3.2 水和無機鹽的吸收與運輸

根組織：根成熟部的根毛區是水分吸收主要部位(擴大與土壤的接觸面積) 滲透壓：維管束＞皮層＞表皮＞土壤(水多) 植物生活所需的元素 大量元素 微量元素 種類 H、C、O、N、K、Ca、Mg、P、S Cl .B.Fe.Mn、Zn.Cu.Ni.Mo 方式 根主動運輸吸收：大部分化合物溶於水形成離子(無機鹽)、耗能(根提高呼吸作用、供能) 氣孔吸收：C、O可以CO2、O2由空氣吸收(H可由水得) 根細胞由土壤主動運輸吸收 水的吸收：滲透作用(簡易擴散) 根組織：根成熟部的根毛區是水分吸收主要部位(擴大與土壤的接觸面積) 滲透壓：維管束＞皮層＞表皮＞土壤(水多)

植物的物質輸導

水的運輸原理 蒸散作用 毛細水柱 根壓 原理 90％以上水分(水氣)由氣孔散失 氣孔空腔相對濕度達飽和：向大氣擴散 導管如毛細管(有內聚力.附著力) 1.蒸散形成拉力 2.水柱向上拉升 3.單方向運輸：下往上 根與土壤的滲透壓差 1.土壤含水量多→根細胞滲透壓大 2.對草本植物重要 3.通常1～5大氣壓 泌溢現象：根壓造成 影響因素 環境因素：溫度(水分子動能) 、 日照、土壤含水量(氣孔開閉)、溫度、濕度、風(擴散速率)

木質部水液上升的原理

泌溢(液)現象 根壓的測定

無機鹽的吸收與運輸 主動運輸(載體分子協助、消耗能量) 共質體運輸：根毛或表皮細胞膜上的載體分子→細胞質→原生質絲→導管(毛細水柱往上、壁孔側向) 原生質體外運輸：沿細胞壁及細胞間隙向內擴散→內皮(卡氏帶：細胞壁含木栓質，阻止水分及離子繼續向根內擴散)細胞膜上的載體→原生質絲→導管(單方向運輸：毛細水柱往上、壁孔側向運輸) 內皮：管制水分和無機鹽進入植物體的門戶(阻止中柱內無機鹽外滲)

根毛的吸收作用 a.根毛增加了根與土壤接觸的表面積 b.水和無機鹽吸收的途徑

卡氏帶 木質部 內皮 細胞膜 卡氏帶 內皮的細胞壁有卡氏帶，水和礦物質 必須經由內皮細胞的細胞質進入維管束

生命科學3.3 光合作用與呼吸作用

葉綠體的構造

光合作用的過程 H2O ATP + NADPH CO2 H+ + e- 三碳糖 + H2O O2 CO2 的固定 暗反應 O2 太陽光能 水的分解 光反應 CO2 的固定 暗反應 O2

光反應及暗反應之相關性

光合作用：葉內的葉肉細胞(含葉綠體) 光反應 暗反應 場所 葉綠囊(囊狀膜) 葉綠體基質(含酵素) 時間 光照時 任何時間(條件：光反應產物存在時) 反應物 葉綠素、H2O、ADP、NADP＋ CO2、NADPH、ATP 產物 NADPH、ATP、O2 三碳糖 (六碳糖→澱粉暫存→蔗糖送到根莖儲存) 能源 光能(吸能) ATP.NADPH 過程 水分子的光解作用、產生O2 CO2之固定作用、合成單糖 速率 受光照強度影響 受溫度.CO2濃度影響

光合作用 光反應

光合作用的暗反應 圖中的C-C-C代表碳的數目，甘油酸為三碳糖

P代表色素，680 和 700 分別代表這兩種色素分子的最大吸光波長，即 680 nm 和 700 nm 電子接受者 電子接受者 光能 能 階 光能 電子傳遞鏈 特殊葉綠 素a分子 （P700） 特殊葉綠 素a分子 P(680) 輔助色素 輔助色素 暗反應 P代表色素，680 和 700 分別代表這兩種色素分子的最大吸光波長，即 680 nm 和 700 nm

光強度與光合作用速率的關係 玉米 光合作用速率 酢醬草 光強度

一般生物細胞(不同細胞和組織速率不同，如分生組織、幼苗、萌發種子速率高) 有氧呼吸 無氧呼吸 酒精醱酵 乳酸醱酵 位置 細胞質.粒線體 細胞質的膠狀基質 氧氣 需要 不需要 輔酶 反應式 C6H12O6→丙酮酸→CO2+H2O(糖解→克氏循環→電子傳遞鏈) C6H12O6→丙酮酸→CO2+乙醇 C6H12O6→丙酮酸→乳酸能量 能量 36ATP 2ATP 例子 一般生物細胞(不同細胞和組織速率不同，如分生組織、幼苗、萌發種子速率高) 酒精醱酵：酵母菌 乳酸醱酵：乳酸菌、持續收縮的骨骼肌細胞等 酒精濃度：啤酒5~7%.香檳10~12%.烈酒(伏特加.威士忌.高粱酒)更高

有氧呼吸 的過程

無氧呼吸的過程

(酒精醱酵) 無氧呼吸過程 (乳酸醱酵)

光合作用 呼吸作用 反應物 二氧化碳、水 葡萄糖等有機物質 產物 蔗糖或澱粉 二氧化碳、水分 反應場所 (或胞器) 葉綠體(胞器) 葉綠餅：光反應 基質：暗反應(卡氏循環) 粒線體(胞器) 細胞質：糖解作用 粒線體基質：克氏循環 粒線體內膜：電子傳遞 反應類型 固定CO2型式 1.C3循環(水稻) 2.C4循環(玉米) 3.CAM(仙人掌) (景天酸代謝) 氧氣的需求性 1.有氧呼吸(一般生物的呼吸作用) 2.無氧呼吸(動物骨骼肌及微生物的醱酵作用) 能量變化 光能轉換成化學能(儲於有機物) 醣類化學能轉換成ATP化學能

例子 綠色植物及光合細菌 所有生物類(唯無氧呼吸作用例外) 時間 均在白天進行 均在白天及晚上進行 元素循環 吸入CO2、放出O2(平衡空氣比例) 吸入O2、放出CO2 代謝 同化.合成.還原作用 異化.分解.氧化作用 物質變化 增加體質、體重(增加：光合>呼吸) 消耗體質、體重 功能 合成有機養分(供本身或動物用) 分解(氧化)有機物產生能量、維持生命 影響因素 1.光：光能、聚積K 使氣孔開放 2.水：受質、影響氣孔開閉3.CO2：受氣孔開閉.向內擴散速率決定 4.溫度：影響酵素活動 1.溫度：影響酵素活動(生物在5～30℃範圍、每增高10℃呼吸速率提高一倍) 2.氧：高氧促進呼吸作用

植物的新陳代謝

生命科學3.4 養分的運輸

韌皮部養分的輸送方向 生長期 生殖期

有機養分的運輸 葉行光合作用合成有機產物(單糖-葡萄糖) 少量：以澱粉儲存 多量以蔗糖90％、胺基酸5％於韌皮部運輸(雙向運輸) 1.進入篩管：主動運輸(耗能、需伴細胞的協助) 2.往上、下、外(經側篩孔)運輸：利用濃度梯度壓力，變成澱粉、脂質、蛋白質，儲存在根、莖、果實、種子等 樹皮環剝：養分無法往下送(堆積、膨大)→根死、無法吸水→莖缺水死亡→葉缺水死亡

韌皮組織的篩管及伴細胞

韌皮部的運輸

五穀豆子(蔗糖在酵素作用下轉變為澱粉.脂質或蛋白質等大分子儲存) 甘蔗(以蔗糖的形式儲存在莖)

環剝和蚜蟲實驗

3-5 討論 植物水耕(無土)培養的條件：水、營養液、注入空氣、調節酸鹼值 菜園淹水，根淺、草本、葉菜類的蔬菜容易死亡：根部缺氧(酒精醱酵)導致細胞壞死

探討活動三(二上) 植物的氣孔與蒸散作用

一、氣孔的觀察 (A)直接撕取法 (B)印模法

(A) (B) 二、蒸散作用測定 (A)有葉與無葉 (B)單子葉和雙子葉

測定試紙由藍變紅所需的時間