主題4:生物體的運輸作用

單元壹:植物體內物質的運輸

一、 植物體內的運輸構造
植物根部吸收的水分或是葉肉細胞內葉綠體行光合作用所產生的葡萄糖,都必須透過植物體內的運輸構造,才能將水分與養分送給全身細胞使用,而負責運送水分與養分的構造,就是植物體內的「維管束」
植物的維管束是由許多管狀的細胞上下相連,形成類似水管的運輸構造,由根部、莖部一直延伸到葉子,貫穿整個植物體。
維管束主要由「木質部」、「韌皮部」及「形成層」所組成。
1
、木質部:

主要負責水分與礦物質的運輸,木質部細胞其細胞壁較厚,具有支持植物體的功能,排列在維管束內側。

2、韌皮部:

主要負責養分的運輸,排列於維管束的外側。
3
、形成層:

位於木質部與韌皮部中間,形成層細胞可進行細胞分裂,向外增生新的韌皮部細胞,向內增生新的木質部細胞,使莖能夠不斷的加粗。

4、維管束的排列
植物界中雙子葉植物其莖內維管束呈環狀排列,並具有形成層,其中木本雙子葉植物,如:榕樹、樟樹等,形成層明顯,莖會不斷加粗,而草本雙子葉植物,如:鳳仙花、向日葵等,其形成層較不明顯,莖的變化也較不明顯。
植物界中單子葉植物其莖內維管束呈散生排列,一般不具有形成層,所以莖並不會變粗,如:玉米、水稻、竹子、小麥等。

 

二、 植物體內養分、水分與礦物質的運輸
1
、養分的運輸:(請見下圖)
植物行光合作用所形成的葡萄糖,藉由韌皮部運送給全身細胞使用。養分的運輸是雙方向的,可以由上而下,也可以由下而上。例如:夏天時葉子所產生的葡萄糖可以往下運送到莖及根部供細胞使用,剩餘的葡萄糖可轉變成澱粉儲存於莖及根部;冬天葉子掉落,待春天來臨需長新葉時,儲存於莖及根部的養分就可以往上運送到新芽處,來長出新葉。
植物體物質運輸
               
圖片來源:國立編譯館
2
、水分及礦物質的運送:(請見上圖)

植物根部的表皮細胞會向外突出形成根毛,可以增加吸收的表面積。土壤中的水分及礦物質由根部吸收,進入根部的維管束,而後由木質部運送到莖與葉,供植物細胞使用。水分與礦物質的運輸為單方向,只能由下往上運送。

 

三、 植物體的蒸散作用
植物根部所吸收的水分,除了提供細胞利用之外,大部分變成水蒸氣從氣孔散失,這種現象稱為蒸散作用。
植物體中木質部由根部到葉子連通成柱狀結構,當水分從葉子蒸散出去時,於管道中會形成一股將水往上吸引的拉力,使得水分能不斷被往上推送。當白天氣孔張開時,蒸散作用較為明顯,水分的運送較為快速;當晚上氣孔關閉時,蒸散作用則較為減弱。(請見下圖)
當移植樹木時,因植物根系受到破壞,導致水分的吸收減少,因此需要將部分枝葉剪除,來降低水分蒸散的速度,以避免樹木因失水過多而死亡。
蒸散作用
          
圖片來源:國立編譯館

四、 木材與年輪的形成過程
木本的雙子葉植物因維管束具有明顯的形成層,透過形成層細胞不斷的分裂,向外長出新的韌皮部細胞,向內長出新的木質部細胞,導致莖部會不斷的加粗,而死亡的木質部細胞會一直累積在莖的內側,而形成木材。
目前我們使用的木材,大多數是由木本植物死亡的木質部細胞所形成的,在四季變化明顯的地區,木材常呈現出深淺交替的環紋,這些環紋就是由不同顏色的木質部細胞所形成的。為什麼木質部的顏色會有深淺不同的變化呢?
原來在四季變化明顯的地區,春夏季節的氣候高溫多雨,植物的生長較為快速,所以這個時期所長出的木質部細胞較大,當細胞死亡後形成木材顏色則較淺。而秋冬季節氣候寒冷雨量較少,並不適合植物生長,所以這個時期長出的木質部細胞較小,當細胞死亡後就會形成顏色較深的木材囉!
而木材上深淺交替的環紋,就可以拿來計算樹木生長的年齡,所以這些木材上的環紋就被稱之為「年輪」
例如:台灣高山中有許多的紅檜神木,科學家利用鑽孔器取得神木的年輪,經過計算就可以得知神木的年齡囉!而根據年輪環紋粗細的變化,也可以作為判斷古時候環境變化的參考指標喔!

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