11101選修生物主題二－第六週植物必須要能準確計算季節變化

不移動的特性可以讓植物大量地增加穩固用的物質，長更多的枝葉、生產更多的子代。

也可以順應地形、水文及土壤特性，好好的鋪設根系，穩固自己、搜刮土壤中的微量物質。

不過，這樣一來，就要確保很多事情會在植物需要的時候發生。

例如，必須要在合適的時候開花。

這樣一來才會有恰當的風或傳粉者能夠協助授粉，或是恰當的溫度、濕度、光照讓種子萌發。

加上花芽分化要好幾個月，不是今天決定、明天就可以開花。

所以植物比必須很準確預測數個月後的氣候條件。

又或者是如果生長的地方有光線、水的變化，也要能對應。

所以植物也必須要能"去尋找"更多光線、水等條件的地方。

因為不能動，所以植物必須要能偵測更多種類的訊號，也要能針對這些訊號做回應。

植物可以偵測機械力而改變生長、偵測溫度暫停生殖、偵測濕度調節水分散失，這些都是動物做不到的。

植物不只可以偵測並回應更多的環境變化，植物還用更簡單的方式搭配出足夠的反應機制!

例如植物只需要用生長素、膨壓與花芽的分化就可以搭配出這婆多種反應。

這還只是一部分的反應而已~

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這周第一節的前半是在檢討段考考卷。

第一節後半講完向性與傾性。

感應是什麼?

就是要感覺到，並做出反應。

這張其實前幾周就已經看過，所以主要帶他們看接下來要講的生長素跟四種機制有關。

在這邊強調的是植物是用"生長代替移動"

用影片看向光性。

但強調的是植物對光的方向非常敏感，從一發芽就開始。

另一個重點是"生長不會消失"，長了的部分就是長了，光就算改了方向，已經長的部分是不會改變的

向光性的部分就只是轉場。

強調植物用細胞延長的差異可以造成彎曲。

而不同部位對濃度反應的差異就會有完全相反的結果。

在這邊簡單提示的主要是向地性。

因為下面要講平衡時。

先講動物的平衡與耳石。

才講植物的平衡石機制。(連結細胞骨架、膜蛋白通道)

如果跟人類的耳石相比，植物的平衡石是在細胞中的，就不會掉出來喔呵呵。

最後才講植物用澱粉當作平衡石的成分是很聰明的，因為植物一直都在形成大量澱粉。

簡單看一下無法正常形成平衡石的時候就會無法展現向地性。

帶著學生用生長素的濃度對莖的反應，簡單推一下在向觸性的生長素分布趨勢。

這邊主要講的是向觸性對植物的重要性。

也帶學生看不同植物的向觸性差別其實與提高生存有關!!

提醒學生剛剛的向性是生長，不能復原。

現在來看可以復原，而且可以很快的反應。

(植物不需要神經系統也可以快速反應的!!)

這邊簡單介紹，因為概念很簡單。

重點放在這個反應是要"消耗能量的"

所以看影片時就可以問學生，有這個反應可以如何幫助含羞草生存呢?

而且你看含羞草是有特定的反應條件的，太輕的刺激是含羞草覺得沒有必要閉合的。

這可以如何幫助含羞草呢?

另外就是帶著學生看捕蠅草。

一樣著重在速度與生存。這樣的細胞急速脫水，可以做到比蒼蠅的反應時間還快喔~

傾性也有長時間的。

這邊主要帶學生看偵測的訊號，還有如何提升適應性。

當然就要學生用自己的植物出現哪些傾性與向性來做練習囉。

到這邊應該還有五分鐘下課所以就停在這邊。

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本週的第二節課主要講計時與生長發育

還是老梗。

因為植物不能自己挑地方長大，所以要能很精準地依據不同的環境變化，預測接下來的氣候條件。

才能提早準備開花或是長葉。

搞錯了就是整個做白工或死掉呢會！

我們第一part看植物怎麼計時？

用人類的計時來介紹。

我們是用視網膜偵測藍光，藍光變少時，腦中的褪黑激素會上升，啟動各種反應。

外觀上到的是熟睡，但內在是很多生長與修復發生的時機。

例如長高（學生哀鴻遍野）

另外像是中醫上說，午夜子時、氣走肝經，意思就是自律神經系統那時在做肝臟的修復。

所以太晚睡就會爆肝啊～

黑暗的時段也是動物計時的關鍵。

身體在算到黑夜慢慢變長又變短，就會知道是一年。

十幾年時，才會開始生殖成熟～

我們雖然有內在生理時鐘，但是會多三小時，是27小時一天。

要靠外在的光亮跟黑暗來校正。

植物的計時偵測的因子更多。

例如溫度變化，就不是我們靈長類用來計時的訊號。

先講春化作用

才講光週期

這節課剩下的時間，就讓學生根據三類資料來推測自己的植物是屬於長夜、短夜還是中性植物！

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第二節課主講光敏素

讓學生小小應用一下。

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最後一part是用開花素來討論科學方法

這邊著重的並不是實驗本身，而是這類實驗設計（破壞一個地方看看功能有沒有被影響）是生物學很常用的，包含之前生長素也是。

要怎麼證明是哪裡運輸？這個策略也是運用邏輯的聰明設計！

最後帶學生看科學家如何先用思想實驗來找到可能的嫌疑分子。

其實一直到最近，也還沒有真的完全定案喔。

最後最後補一個徒長現象而已。

（帶入學生的植物是否長很高，但葉子很少）

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然後讓學生用光敏素解釋自己記錄到的子葉綠化、徒長或開花的現象～

 

11101選修生物主題二－第八週植物必須要有聰明的調整與防禦機制

植物不移動可以有許多好處，但卻也沒有辦法趨吉避凶。

所以，這讓植物在遇到環境改變時，必須要能更聰明的讓自己好好的活下來。

植物在處理逆境的方法上，比我們多很多策略喔!

我們把植物不喜歡的狀況稱為逆境。

可以來自環境，水多、水少、太熱、太冷~

可以來自生物，被吃、被感染~

一起來看看植物比動物更聰明的地方吧!

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先來看水。

要知道逆境有什麼影響的話，要先知道植物為什麼需要水。

光看這四點會覺得很芭樂~會覺得反正水就是很重要咩!

但不是der!

相較於動物，水對於植物有完全不同的意義。

例如在第二點，植物是需要水作為捕捉光能的工具的，動物在攝食時，水頂多是載體。

又像是第三點，動物用水作為運輸體內物質的載體而已，運輸的動能來自心臟收縮。但植物利用水的蒸散作用可以在不耗能的情況下，讓物質運送很遠。

不用到完全沒水，只要水分稍減，可能整個運輸就會shut down!

這就提到第四點了，植物是完全外溫的生物，就是靠水的蒸散來一邊達到運輸一邊調節體溫。

偏偏植物平常生長時，是刻意讓自己有最大吸收陽光的截面積。

比起動物，更容易蓄積大量熱能，體溫直線上升。

就這兩點來說，缺水對植物的影響是雙重、立即而且非常致命的。

所以植物必須要對缺水有超多的反應機制。

在不同缺水程度、時間長度，都要有不同的對應方法。

既然是只有根能吸到水，當然由根去告訴其他部位要做改變是超合理的。

當土壤中的水變少時，不只吸不到水，還會因為鹽的濃度上升，反而脫水!

所以植物要在根部出現細胞輕微萎縮時，就要立即反應。

過離層酸影響木質部，葉子的細胞也會開始輕微萎縮，這個時候分泌的離層酸，會趕快讓氣孔關閉。

如果持續乾燥，那就要開始考慮是不是要暫停長新葉子惹。

就像景氣不好的話，暫時不要開新的分公司比較好啊。

節流的同時，也要開源。

離層酸在根部的作用會引發乙烯下降、生長素上升，長出更多的根。

不過呢，真的是長期乾旱的話，已經長出來的葉子還是先落掉比較好。

  幾乎所有的植物在缺水、高鹽時，都是忍耐度過的。

很少數的植物就是長期處在高鹽狀態，那就不是忍耐可以處理了。日子還是要過的。

像在海邊的紅樹林，一半子都泡在海水裡啊哈哈。

只好用主動吸收鹽的方式，讓水跟著進到體內。過多的鹽從葉子排出。可以想見這需要耗費多少能量~

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相較於有很多方式處理缺水，植物對淹水可說是束手無策。

所以也難怪很多人因為愛護植物一直澆水，卻一直養死啦!

絕大部分的植物都是走紅色的。植物對淹水真的是束手無策。

只有很少數的植物能夠有一些對應方式。

而且像是通氣道或是發不定根，都沒辦法太久的！

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我覺得「溫度」對植物生長的絕對決定性超大。在尺度上遠高於水。

因為溫度是影響整個代謝速度。

尤其對固碳反應這種需要提高自由能的代謝影響超大。

（呼吸作用是順著自由能下降方向的代謝，所以影響較少）

所以如果一個地方在一整年中，沒有任何一個月的月均溫超過攝氏十度，那麼植物能累積的合成物質量會無法支應其他時間的分解。

就像如果沒有一個月是賺到足夠錢營運公司的話，就只能改為小店了。

從全球尺度或是山地尺度的森林線就可以看到這種「絕對性」～

今年用的課本中，有這麼一段文字。

這段超有趣的。

這兩段要成立的話，有幾個先決條件。

１．

植物的整體高度足夠讓最高點與最低點的溫度差很多。

這個差很多要能顯著地讓細胞代謝速度形成足夠的濃度梯度差，這個足夠要能夠在自由能上高到能（間接又間接地）提供驅動液體移動所需要的動能。

２．

另外就是果實、莖這兩個部位，不在植物的上側。

３．

植物在韌皮部的壓力流不是主要調控醣類運輸的方式。

恩，大家可以自己評估～

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anyway。

在溫度慢慢改變時，植物跟動物會用同樣的策略。

改變細胞膜的脂肪酸組成，避免細胞容易破裂。

這也是為什麼我們在溫度突然變化時，容易生病。

因為白血球的變形會受到很大的影響。

短暫的突然高溫有熱休克蛋白可以保護重要的蛋白質。

但時間不能太長，因為蛋白質被保護的時候，也沒辦法正常工作啊哈哈。

話就要有其他的方式來對應，大概就是減少照光面積。

比較起來，植物就有很多的方法來對應低溫的逆境了。

大絕招就是休眠跟落葉，反正植物再長新的就好。

倒是有一些植物會用累積蔗糖在細胞質的方式，降低凝固點。減少冰晶的危害。

這也是為什麼高山蔬菜常常比較甜的原因。

可以想想我們在吃冰棒的時候純水冰棒跟有糖水的冰棒，能夠帶走的熱是不一樣的。

接下來當然就是讓學生想想自己的植物在現在進入秋季，接下來到冬天的過程中，會發生哪些調整囉。

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第二節課要來看植物怎麼處理感染逆境。

我也超愛這個單元的。

因為幾乎所有的藥物，西藥、中藥、草藥都是從植物次級代謝物來的。

更不用說很多日用品中的成分都是植物次級代謝物！

植物跟動物一樣，有多方法優先把病害與蟲害組閣在外。

人的皮膚、打噴嚏、流淚水與口水都是物理防禦。

（在這邊就順便幫他們補一點動物防禦，因為他們還沒上到。）

而植物就讓自己不容易被吃到，或是不容易被吃掉。

所以大多野外植物的葉子並不柔軟，要讓自己硬一點。

我們吃的葉菜是保留突變成沒有物理保護的個體，所以也超容易被蟲吃！

在野外，如果真的看到葉子又大又肥的，多半是有特別的化合物～

有特別氣味、有特別口味，甚至有毒。

很多果實在沒熟時，很多丹寧，就會讓適口性降低。

（如果吃過綠香蕉，還會整個嘴巴麻到要哭出來）

殺蟲劑的除蟲菊精，就是除蟲菊合成來保護自己的。

市面上賣的驅蟲液，都是利用香茅、薄荷等植物合成來幫自己蛆蟲的次級代謝物。

像是咖啡因、毛地黃、顛茄鹼更是會毒死體積小的動物！

所以才說目前大多藥物都是從植物次級代謝物來的。

基本上，這些東西分佈在整棵植物的不同位置。

但很大一部分是儲存在根部。

所以根系要健康，植物才有抵抗力。

如果一棵茶樹的根不健康，那麼不可能做出來香氣豐富的茶葉。

如果茶園中的根系都不健康，那麼這個茶園若是還能出產很香的茶葉，那麼，外加物質的可能性就很高！

手搖飲料店一大堆香氣豐富的茶葉。恩。

接下來帶學生看中醫與中草藥。

其實中醫上說的濕燥熱寒都是神經與免疫系統的整體描述。

而食物或草藥上的涼性與寒性，就是可以降低發炎反應、興奮副交感神經。

這也是為什麼常吃蔬菜、生菜、水果的人，常常較容易有手腳冰冷、腹瀉的原因

燥熱的食物或中草藥就是會興奮交感神經、加強發炎反應。

所以常吃辣、油炸、熱補的人，容易流汗、長痘子（毛囊炎）...

現在很多藥物開發都是從中草藥開始找點子了。

像中研院的農技中心，就有草藥科技研究組。

都是從中藥典籍中，去梳理植物次級代謝物作為現代藥物研發的發想。

是真的專業到用藥物動力學、分子生物科技等等的等級了。

台灣學生特別適合走這一條路。

因為我們有訓練讀文言文、也看得懂繁體字～

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接下來是講在植物體內的防禦。

就簡單介紹局部防禦與系統防禦的過程。

重點放在植物也有類似我們抗體免疫的概念，是等到感染後幫全身加強抵抗力的。

更厲害的是，最後的結果可以呼叫其他動物來幫自己除害，甚至可以讓周圍的植物也加強抵抗力。

如果我們也會的話，就不用隔離這種策略啦哈哈！

在新竹，當然是要介紹東方美人茶。

一個班頂多只有一個學生喝過，真是太遺憾了。所以我還有泡茶給大家聞香與品茶。

每個學生都大喊實在太香了吧～～

最後就是讓學生去網路搜尋自己的植物會有哪些病蟲害。幫自己的植物畫畫有哪些武器或是體內會有哪些小戰爭～