Transcript 第六章 氣體的恆定 第 1 節 植物體的氣體交換 第 2 節 動物體的氣體交換 探討活動 6 -1 呼氣中二氧化碳的測定 探討活動 6 -2 高地居民如何適應 低氧環境 前言 生物吸收氧來進行細胞呼吸作用，將養分轉 化為 ATP 直接參與新陳代謝，以維持個體生 存。植物體藉由氣孔進行氣體交換，以行呼 吸及光合作用；而動物體的氣體交換則藉由 特化的呼吸及循環系統來進行。 第 六 章 課 程 概 念 第六章 第一節 植物體的氣體交換 課程概念 植物體的氣體交換 氣孔的分布、構造 與氣體的進出 氣孔 的 位置 氣孔 的 分佈 水平 型 下陷 型 氣 孔 構 造 影響氣孔開閉 的因素 氣 孔 開 閉 機 制 光 照 土 壤 含 水 量 溫 度 皮孔 二 氧 化 碳 濃 度 前言 陸地上的綠色植物利用空氣中的二氧化碳以 及土壤中的水為原料，藉由光合作用製造生 長所需的養分。植物體表的氣孔便是氣體進 出的開口，氣孔由兩個保衛細胞所組成，由 特殊的機制來控制其開閉，且受多種環境因 素的影響。 壹、氣孔的分布、構造 與氣體的進出 一.氣孔的分布 (一)草本植物或木本植物的幼嫩莖部 1.常為綠色，顯示莖的皮層細胞具有葉綠體 ，可進行光合作用 2.莖的表皮有氣孔分布，以利光合作用的 原料(CO2)及產物(O2)的進出 ◎菸草莖的氣孔分布 (一)氣孔的分布 (二)植物的葉片 1.氣孔分布最普遍的部位 2.可分布在上表皮或下表皮 (1)睡蓮的氣孔分布在上表皮 (2)榕樹的氣孔分布在下表皮 (3)有些植物的上、下表皮則皆有氣孔分布 ◎睡蓮葉的氣孔分布 (1)睡蓮的氣孔分布在上表皮 ◎榕樹葉的氣孔分布 (2)榕樹的氣孔分布在下表皮 ◎早熟禾屬植物葉的氣孔分布 (3)有些植物的上、下表皮則皆有氣孔分布 腦力激盪 - 1 ※試由水生植物的生長特性來思考：睡蓮的氣 孔僅分布於葉片的上表皮，對此植物可能有 何適應上的優勢？此外，水蘊草的植株多沉 在水中，試推測其葉片的氣孔分布於何處？ 或者有無氣孔？ 腦力激盪 - 1 1.因睡蓮上表皮暴露於空氣中，易進行氣體交 換；而下表皮與水接觸，較不易取得足夠二 氧化碳，水分可能因上表皮打開的氣孔而快 速散失，但水生植物的水分來源足以補充其 缺失部分，植株不致於乾枯而死。 2.水蘊草的葉片沒有氣孔，直接由表皮藉擴散 吸收溶在水中的氧及二氧化碳。 (二)氣孔的位置影響水分蒸散 二.氣孔的位置影響水分蒸散 (一)氣孔位置：在不同生長環境中的植物， 依氣孔的位置可分為 1.水平型氣孔 (1)構造：平行或略微突出於表皮 (2)分佈：潮溼環境中的植物 2.下陷型氣孔 (1)構造：A.會向葉肉或表皮內層下陷 B.表皮上具有厚的角質層 (2)分佈：乾旱或光照強環境中的植物 ◎兩種氣孔的分佈類型 水平型氣孔 下陷型氣孔 (二)氣孔的位置影響水分蒸散 (二)位置影響水分蒸散 1.在乾旱或強光環境中： 具下陷型氣孔的植物因為水蒸氣較易在氣孔 所在的凹陷處聚集，故較容易保持水分， 生存較占優勢 2.在潮濕的環境中： 具水平型氣孔的植物(睡蓮)多生長在溼度高 的環境中，即使有較多水分自氣孔散出， 但由於水分不虞匱乏，故仍能繼續存活。 知識補給站 -

第六章
氣體的恆定
第 1 節 植物體的氣體交換
第 2 節 動物體的氣體交換
探討活動 6 -1 呼氣中二氧化碳的測定
探討活動 6 -2 高地居民如何適應
低氧環境
前言
生物吸收氧來進行細胞呼吸作用，將養分轉
化為 ATP 直接參與新陳代謝，以維持個體生
存。植物體藉由氣孔進行氣體交換，以行呼
吸及光合作用；而動物體的氣體交換則藉由
特化的呼吸及循環系統來進行。
第
六
章
課
程
概
念
第六章
第一節
植物體的氣體交換
課程概念
植物體的氣體交換
氣孔的分布、構造
與氣體的進出
氣孔
的
位置
氣孔
的
分佈
水平
型
下陷
型
氣
孔
構
造
影響氣孔開閉
的因素
氣
孔
開
閉
機
制
光
照
土
壤
含
水
量
溫
度
皮孔
二
氧
化
碳
濃
度
前言
陸地上的綠色植物利用空氣中的二氧化碳以
及土壤中的水為原料，藉由光合作用製造生
長所需的養分。植物體表的氣孔便是氣體進
出的開口，氣孔由兩個保衛細胞所組成，由
特殊的機制來控制其開閉，且受多種環境因
素的影響。
壹、氣孔的分布、構造
與氣體的進出
一.氣孔的分布
(一)草本植物或木本植物的幼嫩莖部
1.常為綠色，顯示莖的皮層細胞具有葉綠體
，可進行光合作用
2.莖的表皮有氣孔分布，以利光合作用的
原料(CO2)及產物(O2)的進出
◎菸草莖的氣孔分布
(一)氣孔的分布
(二)植物的葉片
1.氣孔分布最普遍的部位
2.可分布在上表皮或下表皮
(1)睡蓮的氣孔分布在上表皮
(2)榕樹的氣孔分布在下表皮
(3)有些植物的上、下表皮則皆有氣孔分布
◎睡蓮葉的氣孔分布
(1)睡蓮的氣孔分布在上表皮
◎榕樹葉的氣孔分布
(2)榕樹的氣孔分布在下表皮
◎早熟禾屬植物葉的氣孔分布
(3)有些植物的上、下表皮則皆有氣孔分布
腦力激盪 - 1
※試由水生植物的生長特性來思考：睡蓮的氣
孔僅分布於葉片的上表皮，對此植物可能有
何適應上的優勢？此外，水蘊草的植株多沉
在水中，試推測其葉片的氣孔分布於何處？
或者有無氣孔？
腦力激盪 - 1
1.因睡蓮上表皮暴露於空氣中，易進行氣體交
換；而下表皮與水接觸，較不易取得足夠二
氧化碳，水分可能因上表皮打開的氣孔而快
速散失，但水生植物的水分來源足以補充其
缺失部分，植株不致於乾枯而死。
2.水蘊草的葉片沒有氣孔，直接由表皮藉擴散
吸收溶在水中的氧及二氧化碳。
(二)氣孔的位置影響水分蒸散
二.氣孔的位置影響水分蒸散
(一)氣孔位置：在不同生長環境中的植物，
依氣孔的位置可分為
1.水平型氣孔
(1)構造：平行或略微突出於表皮
(2)分佈：潮溼環境中的植物
2.下陷型氣孔
(1)構造：A.會向葉肉或表皮內層下陷
B.表皮上具有厚的角質層
(2)分佈：乾旱或光照強環境中的植物
◎兩種氣孔的分佈類型
水平型氣孔
下陷型氣孔
(二)氣孔的位置影響水分蒸散
(二)位置影響水分蒸散
1.在乾旱或強光環境中：
具下陷型氣孔的植物因為水蒸氣較易在氣孔
所在的凹陷處聚集，故較容易保持水分，
生存較占優勢
2.在潮濕的環境中：
具水平型氣孔的植物(睡蓮)多生長在溼度高
的環境中，即使有較多水分自氣孔散出，
但由於水分不虞匱乏，故仍能繼續存活。
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※葉片表面水蒸氣的保持
氣孔與葉表皮的相對高度如何影響水蒸氣的保持？
以下用圖示配合說明。
1.水平型氣孔：葉表面的水蒸氣與其他氣體分子(氧、
二氧化碳)相互碰撞，可能撞離葉面或再進入氣孔中
(圖a、b)，且可在氣孔附近的葉表有較高的溼度(圖
c)，有利於葉片保水；但若葉表有風吹拂，則大部
分的水蒸氣在碰撞出氣孔後即被風力吹離葉表(圖d)，
故有風時，葉的蒸散作用較平靜無風時快。
2.下陷型氣孔：由於氣孔低於葉面，故水蒸氣與其他
氣體分子的碰撞範圍仍多在葉面內，保水情形佳，
即使有風吹拂，大部分的水氣仍可留在氣孔附近形
成(圖e)
知識補給站 - 1
腦力激盪 - 2
1.秋海棠葉片下表皮的氣孔分布呈現 2～4 個聚集
的現象（圖a），這對此植物可能有何適應上的
優勢？
2.夾竹桃葉片下表皮有凹陷的腔室，腔室中有表皮
毛及氣孔（圖b），試推論此腔室的功能為何？
夾竹桃的生長環境有哪些特色？以及此構造對夾
竹桃有何適應優勢？
◎秋海棠葉片下表皮
◎夾竹桃葉片下表皮
(三)氣孔的構造與開閉機制
三.氣孔的構造與開閉機制
(一)氣孔的構造
1.由兩個具有葉綠體的
保衛細胞所圍繞
2.兩個保衛細胞在兩端
緊密相接，兩細胞間
相鄰之細胞壁分離
此即氣孔所在
保衛
細胞
氣孔
(三)氣孔的構造與開閉機制
(二)保衛細胞的構造
1.細胞壁厚薄不均
(1)內側壁：
在鄰近氣孔兩側的
初生細胞壁明顯較厚
(2)外側壁：較薄
2.細胞壁的纖維素微纖絲
(cellulose microfibril)
呈平行環繞
(三)氣孔的構造與開閉機制
(三)氣孔開閉
1.氣孔開啟
(1)過程
A.當兩個保衛細胞
的膨壓增大時，
細胞壁上平行環
繞的微纖絲限制
了細胞的橫向擴
大，而較容易縱
向伸長。
(三)氣孔的構造與開閉機制
B.由於外側壁較薄，
易受膨壓壓迫而伸
長，厚的內側壁則
較不易變形，且因
保衛細胞的兩端已
相連固定，因此伸
長的細胞便向兩側
彎曲，使兩個保衛
細胞的內側壁分離
、形成空隙
→氣孔開啟
(三)氣孔的構造與開閉機制
(2)作用
A.組織內的氣體可擴散至外界
→如：光合作用產生的氧
B.外界的氣體可進入組織內
→如：二氧化碳
(三)氣孔的構造與開閉機制
2.氣孔關閉
(1)過程：
當膨壓降低時，
保衛細胞恢復原狀
→氣孔關閉
(2)作用：
阻隔氣體的進出
◎氣孔的開閉
(三)氣孔的構造與開閉機制
(四)氣孔開閉機制
1.開閉原理
(1)氣孔開閉受保衛細胞中膨壓變化的影響
(2)膨壓的變化則是由於保衛細胞內含水量
改變的結果
(3)細胞內水量的改變通常與鉀離子進出
保衛細胞有關
(三)氣孔的構造與開閉機制
2.開閉機制
(1)植物進行光合作用時
→鉀離子進入保衛細胞
→使細胞內溶質濃度
升高、滲透壓升高
→水分隨之進入
→保衛細胞膨壓升高
→細胞膨脹彎曲
→造成氣孔打開
(三)氣孔的構造與開閉機制
(2)在無光照下
→鉀離子離開保衛細胞
→水分隨之釋出
→保衛細胞內膨壓降低
→細胞恢復原狀
→造成氣孔關閉
◎氣孔的開閉
貳、影響氣孔開閉的因素
※植物的氣孔通常受環境改變的影響而有開閉
的現象，這些環境因素包括光照、土壤含水
量、溫度、二氧化碳濃度等。然而目前對於
這些環境因素如何造成氣孔開閉的完整調控
機制仍未完全了解，以下僅就目前了解的部
分作說明。
◎環境因子對氣孔開閉的影響
(一)光照
一.光照
在光照下
→由於植物的保衛細胞吸收藍光
→促使鉀離子進入細胞中
→造成膨壓上升
→使氣孔打開
(二)土壤含水量
二.土壤含水量
當土壤缺水時
→葉肉細胞會產生離層素 (ABA)
→促使葉片的保衛細胞喪失水分
→膨壓下降
→導致氣孔關閉
(三)溫度
三.溫度
當白天溫度逐漸上升
在溫度高達 30～35℃ 時
→尤其
在空氣乾燥且有風的情況下
→葉片的水分蒸散速率太快
→易導致保衛細胞缺水
→膨壓下降
→使氣孔關閉
(四)二氧化碳濃度
氣孔與葉肉細胞間隙的二氧
四.二氧化碳濃度
化碳多寡亦可調節氣孔關閉
(一)白天時
保衛細胞內因行光合作用
→導致二氧化碳的濃度降低
→促使氣孔打開
→以進行氣體交換
(二)夜晚時
→因光照不足及二氧化碳濃度過高
→使氣孔關閉
參、皮孔
一.周皮
(一)形成：
植物的莖隨植物體的生長而加粗，在表皮
細胞不再分裂生長之後，表皮的功能即被
木栓形成層所產生的周皮所取代
(二)功用：周皮中的木栓層細胞排列大多緊密
，可隔絕外界病菌的入侵
但會降低周皮內薄壁細胞獲得氣體的機會
→因此皮孔的形成即可解決前述的問題
參、皮孔
二.皮孔
(一)位置：周皮對外的開孔
(二)構造：此處的木栓細胞排列
疏鬆、細胞間隙多
，較易形成裂縫與外界相通
(三)功用：有利於氣體的進出，以提供內部
薄壁細胞呼吸與光合作用所需
◎皮孔的構造
參、皮孔
(四)分佈：
有些植物果實的果皮上
也有明顯的皮孔
例如：蘋果及梨等
重點整理 - 1
01.植物氣體交換的主要出入通道為氣孔。氣孔的分布
與開閉是影響植物與外界交換氣體效率的主要因素
02.氣孔主要分布在綠色莖及葉片上，尤以葉的上、
下表皮最為常見。
03.氣孔與一般表皮細胞的相對高度呈現兩種形態：
1.水平型，常見於潮溼環境的植物
2.下陷型，常見於乾旱或強光環境的植物
重點整理 - 2
04.氣孔是由兩個保衛細胞所圍成的。保衛細胞的內
側壁較外側壁厚，加以有微纖絲平行環繞，在膨
壓增大時，造成保衛細胞變形而氣孔打開；膨壓
減低時，保衛細胞恢復原狀，而使氣孔關閉。
05.保衛細胞中膨壓的變化與鉀離子進出保衛細胞有
關，鉀離子進入保衛細胞，水分隨之進入，保衛
細胞內膨壓升高；鉀離子離開保衛細胞，水分隨
之釋出，保衛細胞內膨壓降低。
06.植物氣孔的開閉通常受光照、土壤含水量、溫度
、二氧化碳濃度等環境因素的影響。
07.皮孔是周皮對外的開孔，此處的細胞排列疏鬆，
有利於氣體的進出，與氣孔的功能相似。
課後習題 - 1
1.氣孔與皮孔在構造及功能上有何差別？
氣孔是由兩個保衛細胞所圍成的；皮孔是
周皮上細胞排列疏鬆的對外開孔。氣孔與
皮孔的功能相似，皆利於氣體的進出。
課後習題 - 2
2.鉀離子如何調控氣孔的開閉？
鉀離子進入保衛細胞，水分隨之進入，保衛細胞
膨壓升高，造成保衛細胞變形而氣孔打開；鉀離
子離開保衛細胞，水分隨之釋出，細胞內膨壓降
低，保衛細胞恢復原狀，而使氣孔關閉。
課後習題 - 3
3.氣孔的開閉通常受哪些環境因素影響？
光照、土壤含水量、溫度、二氧化碳濃度等。
再 想 一 想 ！
還 有 問 題 嗎 ？
The End