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生物 第二章 植物的營養器官與功能 第二章第1節 根、莖和葉的構造
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植物營養來源 自營：將無機物(水及二氧化碳)轉變成有機物(醣類.胺基酸等),將光能轉變成化學能 生產者(光合作用)：養分供植物本身需要或提供其他生物所需 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)
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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) 實例 (藻類).蘚苔類 蕨類.裸子植物.被子植物(雙子葉.單子葉)
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植物的演化關係圖
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維管束：含木質部及韌皮部 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 提供能量幫助運輸 分佈 單.雙子葉植物 蕨類.裸子(多子葉).單雙子葉植物
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木質部 韌皮部 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) 管狀 (兩端鈍) 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 (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 單方向(往上) .左右 雙方向(上.下).左右
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植物的輸導組織 篩管和伴細胞 導管 假導管(管胞)
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一.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 (a) (b) 根的外形 (a)軸根系 (b)鬚根系
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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.根毛的分化) 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 形成層：雙子葉才有 功能 保護 儲存養分(內常有澱粉粒) 運輸
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生長點 根帽(根冠) 根的縱切面 洋蔥根尖
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中柱 韌皮部 木質部 周鞘 內皮 表皮 皮層 根的橫切面圖 卡氏帶
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變態根：板根(鳳凰木).支持根(竹.玉米).呼吸根(落羽松.海茄苳).儲存根(甘藷.牛蒡.豆薯.紅蘿蔔).氣生根(榕樹.蘭花)
單、雙子葉植物根的比較 雙子葉 單子葉 外形 多為軸根系 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 木質部 韌皮部 髓 形成層 變態根：板根(鳳凰木).支持根(竹.玉米).呼吸根(落羽松.海茄苳).儲存根(甘藷.牛蒡.豆薯.紅蘿蔔).氣生根(榕樹.蘭花)
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馬鈴薯 蓮藕 薑 甘藷 可食用的根和莖
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二.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 皮孔 葉痕 特點 分生細胞 (使莖增高) 葉芽或花芽由此分生 使莖增長 淺色斑點突起 葉脫落留下的痕跡 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：橫切由外到內 表皮 基本組織 維管束 髓腔 保護組織 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
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被子植物的外部形態 演化次序 葉 莖 根 根
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髓 雙子葉莖橫切 (向日葵莖) 單子葉莖橫切(玉米莖)
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維管束形成層細胞分裂,向外產生韌皮部,向內產生木質部(快且多)
維管束 形成層 細胞 一個細胞分化為木質部 分裂 分裂 一個細 胞分化 為韌皮 部 分裂後再分化 生長的方向 維管束形成層細胞分裂,向外產生韌皮部,向內產生木質部(快且多) 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)
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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(木材) 硬樹皮 木栓 形成層 皮層 韌皮部 表皮 木栓層 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) 皮孔(圓形.橫列狀).：散生在樹皮表層,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))
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皮孔
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年輪：推測樹木年齡.當時氣候變化情況 熱帶不明顯,溫帶明顯 邊材 心材 分佈 外側新生木質細胞 內側老化木質細胞(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)
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雙子葉木本莖的橫切 射髓 (橫向運輸)
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(a) 樹皮 雙子葉木本植物的莖 a.年輪 b.木質部與樹皮 年輪 (b)
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被子植物 草本莖 木本莖 雙子葉 單子葉 單子葉(少) 粗細 細 粗 支持力 小(細胞膨壓) 大(厚壁細胞或木質纖維) 質地 柔軟 堅硬 高度 矮 高 壽命 一或二年生 多年生 形成層 有(活動有限) 無 有 例子 蔬菜.向日葵… 水稻.玉米… 樟木… 竹… 裸子植物：木本莖、多子葉
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三.葉：行光合作用(轉換光能合成有機物) 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 實例 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
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輪生 互生 對生 單葉 葉序 複葉
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中肋 葉肉 葉柄 葉脈 葉片的構造(外觀) 葉脈 a.網狀脈 b.平行脈
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葉的外形 雙子葉植物 單子葉植物
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葉片：包括表皮及葉肉細胞二部分 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(氣體儲存在氣室) 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) ②海綿組織：不規則.下.疏鬆.葉綠體少 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…)
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葉的內部構造(橫切面)
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顯微鏡低倍下 高倍
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針狀葉(仙人掌) 貯藏葉(洋蔥) 卷鬚葉(豌豆) 捕蟲葉 (①毛氈苔②豬籠草③捕蠅草④狸藻)
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氣孔的分佈 分佈 上下表皮均有 僅在 下表皮 僅在 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)
實例 水稻 榕樹 睡蓮浮萍 水蘊草 葉面( )
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夾竹桃僅下表皮有氣孔,且深陷於葉肉中 浮萍僅上表皮有氣孔 水蘊草上下表皮均無氣孔
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影響氣孔開閉的因素： 氣孔張開 (保衛細胞膨壓變大) 氣孔關閉 (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 高 土壤含水量 多 少 離素(ABA;逆境激素) 減少 增加(細胞膜通透性改變→K+流失)
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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
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氣孔開閉機制及氣孔螢光圖 氣孔打開 氣孔關閉
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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 實例 杜鵑花.榕樹.豆類.毛茛 百合.稻米.小麥.玉米
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雙子葉植物和單子葉植物特徵的比較 環狀 散生 4 或 5 的倍數 3個孔或溝 兩個 網狀脈 1個孔或溝 3 的倍數 平行脈 一個 子葉 葉脈
莖維束排列 花部 花粉粒 環狀 4 或 5 的倍數 3個孔或溝 兩個 網狀脈 散生 1個孔或溝 3 的倍數 平行脈 一個
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第二章第2節 水和無機鹽的吸收與運輸 植物的物質輸導
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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)
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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：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：水從葉緣或葉尖的水孔排出,根壓造成 影響因素 環境因素：氣孔開閉(日照.土壤含水量).水分子動能(溫度).擴散速率(溫度.濕度.風) 主要受氣孔開閉影響
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木質部水液上升的原理
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根壓的測定 泌溢(液)現象
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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 內皮的細胞壁有卡氏帶,水和礦物質必須經內皮細胞的細胞質進入維管束
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卡氏帶 根毛的吸收作用 a.根毛增加根與土壤接觸表面積 b.水和無機鹽吸收的途徑
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第二章第3節 光合作用與呼吸作用 植物的新陳代謝
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一.光合作用：葉內的葉肉細胞(含葉綠體) 光反應 碳(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 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
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葉綠體的構造
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光反應及暗反應之相關性 (光水解) (CO2的固定)
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電子接受者 電子接受者 光能 能 階 光能 電子傳遞鏈 葉綠素a 葉綠素a 輔助色素 暗反應 囊狀膜上的葉綠素主要吸收紅光和藍光
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光合作用 光反應的總反應
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光合作用的碳(暗)反應(卡爾文循環；卡氏循環；calvin cycle；C3 cycle)
暗反應的總反應 光反應的總反應 H2O +NADP+ +ADP +Pi O2 +NADPH +ATP 光合作用總反應 H2O +CO C6H12O6 +O2 甘油醛 光合作用的碳(暗)反應(卡爾文循環；卡氏循環；calvin cycle；C3 cycle)
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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
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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)
二. 呼吸 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 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.缺氧植物的根 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
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一糖解 三電子傳遞 二克氏循環 (檸檬酸循環)
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(三) (一) (二)
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無氧呼吸的過程 糖解
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(酒精醱酵) (乳酸醱酵) 無氧呼吸過程
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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 ①C3植物(水稻) ②C4植物(玉米) ③CAM(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
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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③CO2：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
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第二章第4節 養分的運輸 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)
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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進出篩管：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
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韌皮部養分的輸送方向 生長期 生殖期
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韌皮組織的篩管及伴細胞
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韌皮部的運輸
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環剝和蚜蟲實驗
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第二章第5節 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
第二章第5節 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
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探討活動二 植物的氣孔與蒸散作用
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氣孔的觀察 直接撕取法 印模法(以透明無色的指甲油或樹脂塗一薄層)
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(B) 蒸散作用的觀察：氯化亞鈷試紙(藍色.乾燥→粉紅色.潮濕) 剪下枝條要盡快放入水中,以免導管中產生氣泡
單位面積蒸散速率＝水分蒸散量(mL)/葉片總面積(㎝2)×測量時間(分) 葉片總面積＝(A4紙總面積(㎝2)/A4紙總重量(g))×葉形紙片的重量 (B) 單子葉和雙子葉 有葉與無葉
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(測定試紙由藍變紅所需的時間)
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