探索生命《生物學》139
Guard Cells Regulate the Size of the Stomata, Permitting Gas
Exchange and Regulating Water Loss
1.
氣孔的功能是平衡葉片二種相衝突的需求，讓葉片可以進行光合作用又不會乾掉。
2.
在白天，當環境中有光合作用的材料－光、水和二氧化碳，氣孔會打開進行氣體交換。晚上缺少光合作用所需的光，氣孔關閉避免流失過多水分。
3.
葉片表皮的氣孔開關由二個高度特化的表皮細胞控制，稱為保衛細胞guard
cells。保衛細胞與其他絕大部分的表皮細胞不同之處在於，它含有葉綠體。
4.
保衛細胞的外型像豌豆，並且細胞壁的厚度不一，位於氣孔內側的細胞壁較厚，氣孔外緣的細胞壁較薄。每個保衛細胞攔腰綁著一圈圈無彈性的纖維。
5.
當保衛細胞吸收水分膨脹，每個保衛細胞較薄的外緣壁面凸起，連帶拉動細胞其餘的部分灣折打開氣孔，這使得葉片可以進行氣體交換，葉片內的葉綠素細胞得到光合作用所需的二氧化碳。
6.
當植物無法獲得水分或水分流失太快，葉片的細胞－包括保衛細胞在內－會變軟，造成葉片枯萎，保衛細胞關閉。
7.
保衛細胞能夠迅速改變膨脹，與細胞內的鉀離子濃度有關。在白天，ATP驅動幫浦，主動將鉀離子吸入保衛細胞，增加保衛細胞的滲透壓，因此吸引水分流入，造成保衛細胞吸水膨脹，氣孔打開。
8.
到了晚上，程序逆轉；鉀離子擴散離開保衛細胞，保衛細胞的滲透濃度下降，因此水分隨著擴散作用離開保衛細胞，保衛細胞變軟，氣孔關閉。
9.
氣孔打開時，葉片能夠進行氣體交換，但同時植物也會因為氣孔打開，允許蒸發作用，而流失水分；植物的水分，從氣孔蒸發流失的程序，稱為蒸散作用transpiration。
10.
雖然大部分的植物，每天都因為蒸散作用而流失大量水分，但是葉片內的細胞間隙的濕度，並沒有明顯下滑，因為失去的水分穩定地從根莖補充上來，透過密密麻麻的葉脈分配到整個葉片。
活的根莖細胞能交換氣體 The Living Cells of Stems and Roots Also Exchange Gases
11.
雖然葉片是最適合氣體交換程序的器官，但是氣體交換並不限於葉片，嫩莖也有氣孔，可以經由氣孔進行氣體交換，但是老莖的樹皮是不透水不透氣的，所以氣體交換是經由無數的皮孔lenticels。
12.
皮孔是疏鬆排列、彼此之間有許多空隙的一群細胞，氣體可經由皮孔進入到組織內部。因為粗大莖幹的內層細胞大部分是死的細胞，因此空氣不需要進入莖幹的深層空間。
13.
根細胞也會進行氣體交換。氣體，可擴散穿越幼根的根毛與表皮細胞的細胞膜，大面積的根毛與根的表皮，不僅能用於吸收養分，也能用於氣體交換。
14.
老根的表皮與皮層細胞會被周皮periderm取代；所以老根的表皮有皮孔上協助氣體交換。土壤必須含有充足的空氣，才能提供氧氣給根細胞。農人用鋤頭、犁具或蚯蚓鬆土，目的是增加土壤的空氣循環。
15.
植物與動物不一樣之處是，植物不需要特別的氣體運送機制。陸地植物組織內，大部分是充滿空氣的細胞間隙，而動物組織卻不同，動物組織充滿液體。
16.
植物組織內裝滿空氣的空隙彼此相連，在細胞間形成非原生質體系 intercellular apoplast system；非原生質體系，透過氣孔與皮孔對外界開放，外界的空氣，也經由氣孔與皮孔，深入到植物最深層的細胞。
17.
因此從氣孔或皮孔，進入到植物體的空氣，可以直接在非原生質體系自由移動，無須穿越細胞膜障壁；進入到植物的空氣，不需要經由水或液體擴散，不需走這麼長距離，並且，空氣在抵達細胞表面的水膜前，都不需要先溶解於溶液中。
18.
因為氧氣在空氣中擴散的速率，比液體快10,000倍，細胞間裝滿空氣的空間系統，確保所有所有細胞，連最內層的細胞，都持續地獲得空氣。
n
翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton 《Biology》；圖片來源／Sbs.utexas.edu、Life.illinois.edu、Cronodon.com
沒有留言:
張貼留言