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2022年10月27日 星期四

11101選修生物主題二-第九週植物的運輸機制應該得到節能標章!






把原本教科書習慣的"不同部位結構-->功能-->機制"整個重新解構來講。

變成"植物在運輸上的需求--整體原理--需要調整的時機--結構上如何提供這些現象發生"

因為在講這些部分時,概念間的連結是關鍵之一。
所以我還是沒有用投影片(都已經做好了嗚嗚)

上課前先布置好海報牆。

這些都是以前就有的,但是放出來的順序完全不一樣,強調的重點也不同。

其實重構這些對我是很吃力的,很怕自己臨場會忘記順序或漏掉內容。

所以在備課時,還得動用到結構圖,每個節點還有先想好逐字稿小抄哈哈

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開宗明義就跟學生介紹植物也需要養分,跟動物不同的地方有兩個>
  1. 有機養分不是透過食物提供的,植物自己合成
  2. 合成過程中需要的水及無機物,全部必須由土壤來,所以這兩類都是只由下往上移動。
與動物還有另一個大不同。
就是植物在吸收與運輸上並沒有互相獨立,而是同一套機制,且彼此協助

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整體來說是先說拉力與推力的概念(蒸散-毛細-根壓)

最後講根壓,最最後才講一點點根的結構與增加吸收水分的結構。


(在講葉子與毛細現象時,只用最低程度的方式描述結構,就是他們國中學過的就好。) 


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蒸散作用

蒸散作用其實才是主要的動力來源。
雖然課本常說根壓對小草本來說是動力來源,但其實不是的。

根會有根壓是吸收水及鹽的結果,植物並不是靠這個運輸水。

這可以從好幾點來思考。

例如,蒸散作用不耗能,為什麼要以耗能的根壓提供動力?
例如,有哪個草本植物是演化成沒有蒸散作用的嗎?

小草本靠根壓就夠,不代表小草本是依賴根壓作為動力來源。

解釋蒸散作用就像是用吸管的吸力,是最主要決定運輸速率的一步,所以植物會利用葉子開關氣孔的比例調控速率
這也是為什麼前面講的離層酸會在植物失水,關閉氣孔
植物用葉子直接決定氣孔開閉是很聰明的,因為葉子才是需要最大量水的地方(光合作用)
所以除了失水需要調整氣孔開閉比例外,當然要光合作用時就必須要打開-葉子結構

用的機制也很聰明,哪裡失水多、離層酸就多,哪裡照到藍光多、氣孔就開得多,把葉脈維管束的水拉出來,旁邊的葉肉細胞才有水

這點跟動物很像,心臟只管收縮,是個部位的微血管自己決定要不要讓血流入。(肌肉充血、陰莖充血與威而鋼)

ABA跟藍光直接讓保衛細胞膜上的受體開始作用,鉀離子進出,帶動水的進出,保衛細胞變形導致中間的寬度改變
-氣孔機制圖片

所以只要是讓葉子細胞會感覺到水與光的需求改變的,都會透過這個機制調整氣孔開閉的比例

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毛細現象、管徑與木材


先用海報解釋毛細現象的原理,著重在不耗能。
這邊我只有說是維管束裡面負責運水與無機鹽的管子、完全是死細胞。
(沒有說導管這類的名稱,我打算到下周韌皮部壓力流時再去區分。)


然後是毛細現象連續水柱-管子必須要非常細、一但有氣泡就失去功能(拉力低於推力)
這種情況會在根部吸不到水,蒸散作用卻很強烈的情況下(不可能氣孔全關)
所以每年都要長出新的管子(比動物好多了,我們一但栓塞,很低的機率會長出新的血管)


毛細現象與氣泡的關係是由管徑決定
管徑粗的容易有氣泡,但使用一定時間後,一定會有氣泡的
(因為是死細胞,只有細胞壁,就像衛生紙的材質一樣)(還記得我們說植物會特別讓細胞死掉,才有功能嗎)
(在死掉前,有把細胞壁作特別的加厚,提供一點點「細胞級」的支撐力)
所以會在不同季節(感應光與溫度)長出不同管徑的植物,就能適應特定水文變化的區域

-木材的形成機制
這些管子是由維管束中的一層細胞分裂出來的,這層細胞不止會每年往內「形成」新的運水管子(木質部),也會往外「形成」運送有機養分(蔗糖、甜甜的喔),所以叫形成層!

形成的管子粗細是基因決定的,不是課本說的「溫度、雨量」決定的
邏輯上是反過來的!
因為不同樹種在不同地方並不會改變新管子直徑的變化趨勢,絕對直徑也不會有「能對應雨量變化」的差異
(順帶講儲存與個體級支撐功能)

這邊會給學生看木材的標本


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到這邊是第一節課的一半。
讓學生幫自己的小苗想想,當開始照到太陽時,在葉子與莖會發生哪些事情,幫助小苗準備好光合作用需要的一切。

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第二節課講根

唯一用投影出來的一張。因為我懶得畫新海報orz

這邊主要講延長功能是怎麼出現的。
先講尖端細胞會分裂,但上方的位置不會動,所以會往下。

中段是稍早分裂出來的,細胞壁還很軟、可以變形。在之前說的生長素作用之下,所以細胞吸水就可以撐大。會讓根遍長就主要是這一段。

最上段是更早以前形成的細胞壁已經無法再大規模變形了,頂多是最外圍的細胞有可能往外延伸,形成增加表面積的結構。
這種毛毛的構造就直接叫根毛,只會出現在很嫩的根上。



這時候我會拿水耕已久的酪梨給他們看,指出會有根毛的位置。
只會在每個根的分支末端。
也幫助學生確認看到支根,區分支根與根毛~

 

雖然這段已經不會大規模變形,但是中間已經出現各種能把水鹽往上運輸的構造。

所以這三區分別被稱作"生長點-延長區-成熟區"
(現在才出現構造名稱)


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要講成熟區的橫切面,又回到海報牆。
從水如果是進到細胞壁,就像衛生紙吸水一樣,會一路擴散及蔓延。
因為所有細胞壁都是纖維素,打碎了壓扁就是衛生紙啊~~


但是,到了中間會被擋下來。
因為這個部分的細胞壁上有卡防水物質,水就被逼著轉往細胞膜。
若要通過細胞膜,勢必會受到篩選。
這個位置在



不過,如果是在最外側就已經進入細胞膜,就可以一路暢行無阻。直達中間的負責運輸的柱狀區域。
因為植物細胞之間是完全相通的,就是高一講的原生質絲。

這個路徑的篩選是發生在最外側根毛的細胞膜。
順帶把陽離子交換的概念講給學生,但不用圖片,應該是很容易理解

這邊就問學生如果土壤酸化,會對這個過程有哪些影響?

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不論是走共質體還是質體外運輸(直接偷渡名詞,學生會在海報上看到)
最終都會到最裡面的運水的部分,其實就是國中學的木質部。

這個路上其實會經過很多地方,要先經過儲存用的區域,然後進到運輸區。
但是會先經過運送有機養分的區域,真的是很舟車勞頓。

所以後來慢慢演化成木質部往外移動的排列方式,甚至直接外擴到更邊緣的地方。
跟運送有機養分的部門排排站成環狀!

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根增加吸收表面積的方式

這邊很簡單快速講外生菌根。
植物可以透過這樣的共生得到更多的水及無機鹽之外,事實上也更快速得到植物間分泌的化學訊號。

這邊我也用蘭花的種子與外生菌根的依賴性來做為實力。也延伸到香草蘭的培養門檻!

倒是內生菌根,並不是像很多課本說的增加吸收表面積。
而是增加共生植物根部吸收養分(特別是磷)及水分的重要「擬器官」。


最後,簡單講根瘤共生的原因與機制。
給學生看學期初的花生也長出根瘤了喔(我不甘心拔起來,暴露在土外面的只有一顆啦哈哈)



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最後,就是帶學生把課本打開,找到對應的區域,也把名詞確認過就好喔

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