植物的营养、气体交换与运输
进阶植物以根毛渗透吸水、以主动转运吸收矿物质；叶的保卫细胞调节气孔开闭，控制气体交换与蒸腾。水分凭蒸腾拉力经木质部向上运输，有机养料则经韧皮部双向输导，环割实验和蒸腾计正好验证这套分工，木质化细胞壁与膨压兼管支持。
- 植物需要氮、镁、磷等矿物质：缺氮矮小黄化、缺镁叶脉间转黄，水耕缺素实验可逐一验证。
- 根毛以渗透吸水；矿物质离子靠主动转运逆浓度梯度泵入，依赖呼吸作用供能。
- 气孔由保卫细胞控制：吸水膨胀张开、失水关闭，白天开放交换气体，夜间关闭保水。
文体小知识：科学知识说明文——从根毛吸水与主动转运讲起，说明气孔开闭、蒸腾作用的拉力与木质部、韧皮部的分工，并以环割实验等实证收结。
§课文原文 Passage
1植物是自养生物，叶片负责光合作用，但根和茎同样忙碌：根从土壤吸收水分和矿物质，茎把它们运往全身。植物需要的矿物质包括氮、镁、磷等：氮是氨基酸和蛋白质的成分，镁是叶绿素的中央元素。缺氮或缺镁时，叶绿素合成不足，叶片发黄，生长受阻，这是植物对矿物质需求的直接证据。
2根毛是表皮细胞向外凸出的细小延伸，数量极多，大幅增加吸收面积。根毛细胞的细胞液浓度高于土壤溶液，水分便按渗透作用经细胞膜进入根毛。矿物质离子的吸收却不同：土壤中离子浓度往往低于根细胞，植物必须以主动转运逆浓度梯度把离子泵入，过程消耗呼吸作用提供的能量，所以根部缺氧时吸收会减慢。
3叶的气体交换经气孔进行。气孔由两个保卫细胞围成，位于表皮之间。保卫细胞吸水膨胀时向外弯曲，气孔张开；失水时变直，气孔关闭。白天光照下光合作用旺盛，气孔张开让二氧化碳进入；夜间光合作用停止，多数气孔关闭以减少水分散失。根细胞则靠皮层细胞间的空气隙，让氧扩散到位。
4水分以水汽形式主要经气孔散失，就是蒸腾。蒸腾在叶肉细胞表面产生负压，形成蒸腾拉力，牵引水分沿木质部上升，同时把溶解的矿物质一并带上；蒸腾还能冷却叶面、维持细胞膨压。影响蒸腾速率的因素包括湿度、光强度和风：湿度高减慢散失，光强令气孔张开，风吹走叶面的湿气层而加快蒸腾，蒸腾计可用来量度这些变化。
5茎中的维管组织分两套：木质部由死细胞连成的中空细管组成，细胞壁木质化，把水分和矿物质单向上运，动力来自蒸腾拉力、毛细作用和根压；韧皮部由活细胞组成，把叶制造的有机养料双向输往根、花和果实。环割实验把树皮连韧皮部割去而保留木质部，养料便在割口上方累积成肿胀，证明有机养料经韧皮部运输。此外，草本植物靠细胞膨压支持，木本植物则靠木质化的茎。
1重点摘要 Summary
植物以根毛渗透吸水、以主动转运吸收矿物质；叶的保卫细胞调节气孔开闭，控制气体交换与蒸腾。水分凭蒸腾拉力经木质部向上运输，有机养料则经韧皮部双向输导，环割实验和蒸腾计正好验证这套分工，木质化细胞壁与膨压兼管支持。
2生字卡 Vocabulary
根表皮细胞向外凸出的细小延伸，大幅增加水分和矿物质的吸收面积。
水分子经半透膜由低浓度溶液向高浓度溶液净移动的过程。
消耗呼吸作用能量、逆浓度梯度运送物质穿过细胞膜的方式。
围成气孔的一对细胞，靠吸水膨胀或失水收缩控制气孔开闭。
水分以水汽形式主要经叶的气孔散失到体外的过程。
叶肉细胞水分蒸发产生的负压，牵引水分沿木质部向上移动的主力。
由死细胞连成的中空细管，细胞壁木质化，把水和矿物质单向上运，兼作支持。
由活细胞组成的输导组织，把有机养料在植物体内双向运送。
量度枝条吸水速率、从而估计蒸腾速率的实验仪器。
细胞吸水后细胞质压向细胞壁的硬胀状态，是草本植物支持的重要来源。
3逐步讲解 Steps
- 第一步：植物的矿物质需求植物除了用光合作用自制糖分，还需从土壤取得矿物质：氮用于合成氨基酸和蛋白质，镁位于叶绿素分子中央，磷参与核酸和 ATP 的构成。矿物质不足时，症状各有特征：缺氮植株矮小、老叶发黄；缺镁叶脉之间转黄，因叶绿素无法合成。举个例子：水耕实验中，把营养液去掉氮素，数星期后幼苗明显矮小黄瘦，补回氮素又转绿，直接证明植物对矿物质的需求。
- 第二步：水分与矿物质的吸收根毛是吸收的主战场：它的细胞液浓度高于土壤溶液，水分按渗透作用流入根毛，再经皮层细胞到达木质部。矿物质离子则多以主动转运进入，因为土壤溶液的离子浓度通常低于根细胞，离子必须逆浓度梯度被泵入，过程依赖呼吸作用供能。举个例子：给土壤浇过量水分令根部缺氧，呼吸减弱、能量不足，植物反而出现缺矿物质的黄化症状，可见吸收矿物质离子是耗能的主动过程。
- 第三步：气孔与保卫细胞气孔由两个肾形的保卫细胞围成，多分布于下表皮。保卫细胞壁厚薄不均：靠气孔一侧较厚。吸水膨胀时，薄壁一侧伸展较多，细胞向外弯曲，气孔张开；失水时细胞变直，气孔关闭。白天光照下光合作用消耗二氧化碳，保卫细胞吸水，气孔张开让二氧化碳涌入；夜间多数气孔关闭，减少水分散失。举个例子：把叶片表皮撕下浸入清水，保卫细胞吸水，显微镜下可见气孔张开；换入浓盐水便见关闭，直接示范开闭机制。
- 第四步：蒸腾的过程与重要性蒸腾是水分以水汽形式主要经气孔散失的过程：叶肉细胞表面的水蒸发进入细胞间隙，再经气孔扩散出去。水分散失在叶肉细胞表面产生负压，形成蒸腾拉力，经水柱把水分连同溶解的矿物质从根部牵引上来；蒸腾同时带走热量冷却叶面，并维持细胞膨压。举个例子：夏日正午把盆栽罩进透明胶袋，一小时后袋内壁凝满水珠，全部来自叶片的蒸腾，肉眼可见这一过程的规模。
- 第五步：影响蒸腾速率的因素与蒸腾计影响蒸腾速率的环境因素主要有三：湿度升高，叶内外水汽梯度变小，蒸腾减慢；光强度增加，气孔张开且温度上升，蒸腾加快；有风时叶面湿气层被吹走，扩散加快，蒸腾上升。蒸腾计以装满水的细管连接枝条，水中气泡随吸水移动，读取气泡移动距离便可比较不同条件下的速率。举个例子：用蒸腾计分别在静止和开风扇的环境量度，后者气泡移得快得多，正是风加快蒸腾的定量证据。
- 第六步：木质部——水分和矿物质的向上运输木质部由死细胞首尾相连而成，细胞质消失、细胞壁木质化，连成中空细管，阻力极低，把水分和矿物质单向上运。上升的动力有三：主力是叶端蒸腾产生的蒸腾拉力；细管本身的毛细作用助水爬升；根部主动转运离子令根压升高，也把水向上推。举个例子：把白色康乃馨插入红色曙红溶液，数小时后花瓣脉络染红，剖开花茎可见染红的正是木质部，证明水与溶解物质经木质部上升。
- 第七步：韧皮部、环割实验与支持韧皮部由活细胞组成，把叶制造的蔗糖等有机养料双向输送到根、花和果实。环割实验是经典证据：把树皮连韧皮部环状割去而保留木质部，养料下运中断，在割口上方累积成肿胀，甚至长出不定根；同时叶片照常吸水不萎蔫，因木质部完好。支持方面，草本植物幼嫩时靠细胞膨压撑起植株，失水便倒伏；木本植物则靠木质化的木质部与厚壁组织。举个例子：蔬菜放久了失水变软，正是膨压下降的直接表现。
4图解 Diagrams
5例题示范 Example
例题：同学取两枝长度相近的嫩枝：枝 A 保持完整；枝 B 在茎部环割一圈，割去树皮（连韧皮部）但保留木质部。把两枝同时插入红色曙红溶液，置于明亮处。(1) 两小时后比较两枝叶脉和茎部被染红的情况并解释；(2) 数天后枝 B 环割口上方出现肿胀，试加以解释；(3) 这实验证明了什么？
- 曙红随水经木质部上升：两枝的叶脉和茎部横切面都被染红，因为环割只移除树皮，木质部完好，水分运输不受影响。
- 枝 B 的韧皮部被割断：叶制造的有机养料无法经韧皮部下运，只能在割口上方累积，形成肿胀，甚至长出不定根。
- 长远而言，枝 B 的根部得不到叶片供应的养料，生长停顿并会枯萎，比枝 A 早死；枝 A 养料与水分运输畅通。
- 结论：水分和矿物质经木质部单向上运，即使韧皮部被割断仍照常运行；有机养料经韧皮部运输，两者分工明确。
- 答案：两枝都被曙红染红，证明水分经木质部上升，不需韧皮部；枝 B 割口上方肿胀，证明有机养料经韧皮部下运、被割断后在上端累积。环割实验配合蒸腾计和曙红追踪，是 DSE 常考的实验设计：答题时先写对照条件（同长度、同环境），再逐项比较结果，最后把结果归因于木质部与韧皮部的分工。
6常见错误 Mistakes
75 题快测 Quick check
Q1保卫细胞怎样控制气孔开闭？
Q2为什么根部缺氧时矿物质的吸收会减慢？
Q3蒸腾作用对植物有哪三项重要性？
Q4环割为什么会令割口上方肿胀？
Q5潮湿而无风的天气，蒸腾速率会怎样？为什么？
8重点回顾 Recap
- 植物需要氮、镁、磷等矿物质：缺氮矮小黄化、缺镁叶脉间转黄，水耕缺素实验可逐一验证。
- 根毛以渗透吸水；矿物质离子靠主动转运逆浓度梯度泵入，依赖呼吸作用供能。
- 气孔由保卫细胞控制：吸水膨胀张开、失水关闭，白天开放交换气体，夜间关闭保水。
- 蒸腾经气孔散失水汽，产生蒸腾拉力运水运矿并冷却叶面；速率受湿度、光强度和风影响，蒸腾计可量度。
- 木质部是死细胞细管、单向上运水和矿物质；韧皮部是活细胞、双向输导有机养料；环割实验是分工的经典证据，支持靠膨压与木质化。