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2013年3月6日 星期三

韌皮部物質運輸的教學我思


1.介紹篩管與伴細胞的結構時
  • 木質部運送水分及無機鹽是單向的,因為除了二氧化碳之外,所有植物必須從外界獲得的物質都是從根進入,所以水及無機鹽的運輸方向只需要由下往上。而韌皮部則不同,製造有機物的位置在葉子,需要有機物的地方則可能在植物體的任一點,例如長新的葉子、枝條、果實等等,甚至受傷的時候必須要趕緊長新的組織將傷口堵好
  • (可提到植物的生長策略-->因為是無限生長,所以不用將壞的修好,只要堵好不要有進一步傷害,在長新的就好,比壞的修好要便宜又更好用。植物可以無限生長,而動物不是無限生長的原因是因為植物不需要移動)
  • 再講因為韌皮部需要隨時調配輸送的方向與量,所以必須要是活細胞才行。木質部只需要提供管線,方向及量由蒸散作用決定,所以死細胞就可以,而且死細胞組成的管道比較暢通,以運送大量水分來說,是更為合適的。
  • 組成韌皮部管道的細胞必須是活細胞,可是活細胞本身的耗能很多,若是直接運送有機養分,恐怕在運送途中會消耗很多有機物,造成運輸到目標器官的比例很低。所以篩管細胞在成熟的過程中 ,細胞核及大部分的胞器都被分解掉了,這樣就可以減少有機物的損耗。但是沒有了細胞核,控制的能力就大為降低,因此被子植物演化出旁邊有一個細胞來主控篩管細胞的運輸,叫做伴細胞。雖然叫做"伴"細胞,但實際上是主要在控制的細胞。而篩管細胞因為沒有細胞核,壽命因此減短,通常只有幾年而已,所以需要形成層不斷分裂出新的韌皮部。(可以提到紅血球也沒有紅血球,也是壽命短120天,需要不斷更新)

2.壓力流
  • 既然生產的地方在頂端的葉子,可是需要糖分的地方散布在不同位置,不同時間,那植物要如何有效的讓需要養分的地方就可以獲得養分呢
  •  植物超厲害的,他用了很簡單的物理原理就完成了這個困難的調度問題。那就是帕斯卡原理。整個植物的韌皮部是連通的,也就是可以當成是一組連通管。
  • 在產生光合作用的部位以主動運輸的方式將蔗糖移入篩管,因此篩管的蔗糖濃度上升,水的濃度下降。而韌皮部旁邊是木質部,裡面有大量的水,水的濃度高。因此水會自木質部移入篩管。此處因為糖及水不斷增加,篩管體積不變,所以整體的壓力上升。
  • 在需要有機養分的部位 以主動運輸的方式將蔗糖移出篩管,因此篩管的蔗糖濃度下降,水的濃度上升。而韌皮部旁邊是木質部,裡面有大量的水,水的濃度高。因此水會自木質部移出篩管。此處因為糖及水不斷減少,篩管體積不變,所以整體的壓力下降。
  • 在A點(製造端)水壓上升,在B點(需求端),液體自然由A流至B,不需要特別調控。而且製造速度及需求速度可以直接影響流速,是很有效率的演化。
  • 因為在整個過程中,液體的流動是由壓力決定的,所以稱為壓力流。製造端稱為source,需求端稱為sink(就像水槽能匯聚水一樣),是醣類匯聚的地方 。

3. 水對植物的重要性
  • 因為壓力流的產生需要木質部的水分運輸正常,所以缺水時對韌皮部運送有機養分也會有影響
  • (所以韌皮部與木質部必定相鄰,這也是我們在莖的維管束排列所看到的狀況)
  • 在前面學過與水有關的功能:光反應、無機鹽的運輸、散熱


木質部與韌皮部滲透的參考文章及圖片

Linking phloem function to structure: Analysis with a coupled xylem–phloem transport model




Scaling phloem transport: Elasticity and pressure–concentration waves






這邊有有趣的文章Phloem:The long and the short of it.

http://www.cell.com/trends/plant-science//retrieve/pii/S1360138505002979?_returnURL=http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1360138505002979?showall=true



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