植物的營養、氣體交換與運輸
進階植物以根毛滲透吸水、以主動轉運吸收礦物質；葉的保衛細胞調節氣孔開閉，控制氣體交換與蒸騰。水分憑蒸騰拉力經木質部向上運輸，有機養料則經韌皮部雙向輸導，環割實驗和蒸騰計正好驗證這套分工，木質化細胞壁與膨壓兼管支持。
- 植物需要氮、鎂、磷等礦物質：缺氮矮小黃化、缺鎂葉脈間轉黃，水耕缺素實驗可逐一驗證。
- 根毛以滲透吸水；礦物質離子靠主動轉運逆濃度梯度泵入，依賴呼吸作用供能。
- 氣孔由保衛細胞控制：吸水膨脹張開、失水關閉，白天開放交換氣體，夜間關閉保水。
文體小知識：科學知識說明文——從根毛吸水與主動轉運講起，說明氣孔開閉、蒸騰作用的拉力與木質部、韌皮部的分工，並以環割實驗等實證收結。
§課文原文 Passage
1植物是自養生物，葉片負責光合作用，但根和莖同樣忙碌：根從土壤吸收水分和礦物質，莖把它們運往全身。植物需要的礦物質包括氮、鎂、磷等：氮是氨基酸和蛋白質的成分，鎂是葉綠素的中央元素。缺氮或缺鎂時，葉綠素合成不足，葉片發黃，生長受阻，這是植物對礦物質需求的直接證據。
2根毛是表皮細胞向外凸出的細小延伸，數量極多，大幅增加吸收面積。根毛細胞的細胞液濃度高於土壤溶液，水分便按滲透作用經細胞膜進入根毛。礦物質離子的吸收卻不同：土壤中離子濃度往往低於根細胞，植物必須以主動轉運逆濃度梯度把離子泵入，過程消耗呼吸作用提供的能量，所以根部缺氧時吸收會減慢。
3葉的氣體交換經氣孔進行。氣孔由兩個保衛細胞圍成，位於表皮之間。保衛細胞吸水膨脹時向外彎曲，氣孔張開；失水時變直，氣孔關閉。白天光照下光合作用旺盛，氣孔張開讓二氧化碳進入；夜間光合作用停止，多數氣孔關閉以減少水分散失。根細胞則靠皮層細胞間的空氣隙，讓氧擴散到位。
4水分以水汽形式主要經氣孔散失，就是蒸騰。蒸騰在葉肉細胞表面產生負壓，形成蒸騰拉力，牽引水分沿木質部上升，同時把溶解的礦物質一併帶上；蒸騰還能冷卻葉面、維持細胞膨壓。影響蒸騰速率的因素包括濕度、光強度和風：濕度高減慢散失，光強令氣孔張開，風吹走葉面的濕氣層而加快蒸騰，蒸騰計可用來量度這些變化。
5莖中的維管組織分兩套：木質部由死細胞連成的中空細管組成，細胞壁木質化，把水分和礦物質單向上運，動力來自蒸騰拉力、毛細作用和根壓；韌皮部由活細胞組成，把葉製造的有機養料雙向輸往根、花和果實。環割實驗把樹皮連韌皮部割去而保留木質部，養料便在割口上方累積成腫脹，證明有機養料經韌皮部運輸。此外，草本植物靠細胞膨壓支持，木本植物則靠木質化的莖。
1重點摘要 Summary
植物以根毛滲透吸水、以主動轉運吸收礦物質；葉的保衛細胞調節氣孔開閉，控制氣體交換與蒸騰。水分憑蒸騰拉力經木質部向上運輸，有機養料則經韌皮部雙向輸導，環割實驗和蒸騰計正好驗證這套分工，木質化細胞壁與膨壓兼管支持。
2生字卡 Vocabulary
根表皮細胞向外凸出的細小延伸，大幅增加水分和礦物質的吸收面積。
水分子經半透膜由低濃度溶液向高濃度溶液淨移動的過程。
消耗呼吸作用能量、逆濃度梯度運送物質穿過細胞膜的方式。
圍成氣孔的一對細胞，靠吸水膨脹或失水收縮控制氣孔開閉。
水分以水汽形式主要經葉的氣孔散失到體外的過程。
葉肉細胞水分蒸發產生的負壓，牽引水分沿木質部向上移動的主力。
由死細胞連成的中空細管，細胞壁木質化，把水和礦物質單向上運，兼作支持。
由活細胞組成的輸導組織，把有機養料在植物體內雙向運送。
量度枝條吸水速率、從而估計蒸騰速率的實驗儀器。
細胞吸水後細胞質壓向細胞壁的硬脹狀態，是草本植物支持的重要來源。
3逐步講解 Steps
- 第一步：植物的礦物質需求植物除了用光合作用自製糖分，還需從土壤取得礦物質：氮用於合成氨基酸和蛋白質，鎂位於葉綠素分子中央，磷參與核酸和 ATP 的構成。礦物質不足時，症狀各有特徵：缺氮植株矮小、老葉發黃；缺鎂葉脈之間轉黃，因葉綠素無法合成。舉個例子：水耕實驗中，把營養液去掉氮素，數星期後幼苗明顯矮小黃瘦，補回氮素又轉綠，直接證明植物對礦物質的需求。
- 第二步：水分與礦物質的吸收根毛是吸收的主戰場：它的細胞液濃度高於土壤溶液，水分按滲透作用流入根毛，再經皮層細胞到達木質部。礦物質離子則多以主動轉運進入，因為土壤溶液的離子濃度通常低於根細胞，離子必須逆濃度梯度被泵入，過程依賴呼吸作用供能。舉個例子：給土壤澆過量水分令根部缺氧，呼吸減弱、能量不足，植物反而出現缺礦物質的黃化症狀，可見吸收礦物質離子是耗能的主動過程。
- 第三步：氣孔與保衛細胞氣孔由兩個腎形的保衛細胞圍成，多分布於下表皮。保衛細胞壁厚薄不均：靠氣孔一側較厚。吸水膨脹時，薄壁一側伸展較多，細胞向外彎曲，氣孔張開；失水時細胞變直，氣孔關閉。白天光照下光合作用消耗二氧化碳，保衛細胞吸水，氣孔張開讓二氧化碳湧入；夜間多數氣孔關閉，減少水分散失。舉個例子：把葉片表皮撕下浸入清水，保衛細胞吸水，顯微鏡下可見氣孔張開；換入濃鹽水便見關閉，直接示範開閉機制。
- 第四步：蒸騰的過程與重要性蒸騰是水分以水汽形式主要經氣孔散失的過程：葉肉細胞表面的水蒸發進入細胞間隙，再經氣孔擴散出去。水分散失在葉肉細胞表面產生負壓，形成蒸騰拉力，經水柱把水分連同溶解的礦物質從根部牽引上來；蒸騰同時帶走熱量冷卻葉面，並維持細胞膨壓。舉個例子：夏日正午把盆栽罩進透明膠袋，一小時後袋內壁凝滿水珠，全部來自葉片的蒸騰，肉眼可見這一過程的規模。
- 第五步：影響蒸騰速率的因素與蒸騰計影響蒸騰速率的環境因素主要有三：濕度升高，葉內外水汽梯度變小，蒸騰減慢；光強度增加，氣孔張開且溫度上升，蒸騰加快；有風時葉面濕氣層被吹走，擴散加快，蒸騰上升。蒸騰計以裝滿水的細管連接枝條，水中氣泡隨吸水移動，讀取氣泡移動距離便可比較不同條件下的速率。舉個例子：用蒸騰計分別在靜止和開風扇的環境量度，後者氣泡移得快得多，正是風加快蒸騰的定量證據。
- 第六步：木質部——水分和礦物質的向上運輸木質部由死細胞首尾相連而成，細胞質消失、細胞壁木質化，連成中空細管，阻力極低，把水分和礦物質單向上運。上升的動力有三：主力是葉端蒸騰產生的蒸騰拉力；細管本身的毛細作用助水爬升；根部主動轉運離子令根壓升高，也把水向上推。舉個例子：把白色康乃馨插入紅色曙紅溶液，數小時後花瓣脈絡染紅，剖開花莖可見染紅的正是木質部，證明水與溶解物質經木質部上升。
- 第七步：韌皮部、環割實驗與支持韌皮部由活細胞組成，把葉製造的蔗糖等有機養料雙向輸送到根、花和果實。環割實驗是經典證據：把樹皮連韌皮部環狀割去而保留木質部，養料下運中斷，在割口上方累積成腫脹，甚至長出不定根；同時葉片照常吸水不萎蔫，因木質部完好。支持方面，草本植物幼嫩時靠細胞膨壓撐起植株，失水便倒伏；木本植物則靠木質化的木質部與厚壁組織。舉個例子：蔬菜放久了失水變軟，正是膨壓下降的直接表現。
4圖解 Diagrams
5例題示範 Example
例題：同學取兩枝長度相近的嫩枝：枝 A 保持完整；枝 B 在莖部環割一圈，割去樹皮（連韌皮部）但保留木質部。把兩枝同時插入紅色曙紅溶液，置於明亮處。(1) 兩小時後比較兩枝葉脈和莖部被染紅的情況並解釋；(2) 數天後枝 B 環割口上方出現腫脹，試加以解釋；(3) 這實驗證明了什麼？
- 曙紅隨水經木質部上升：兩枝的葉脈和莖部橫切面都被染紅，因為環割只移除樹皮，木質部完好，水分運輸不受影響。
- 枝 B 的韌皮部被割斷：葉製造的有機養料無法經韌皮部下運，只能在割口上方累積，形成腫脹，甚至長出不定根。
- 長遠而言，枝 B 的根部得不到葉片供應的養料，生長停頓並會枯萎，比枝 A 早死；枝 A 養料與水分運輸暢通。
- 結論：水分和礦物質經木質部單向上運，即使韌皮部被割斷仍照常運行；有機養料經韌皮部運輸，兩者分工明確。
- 答案：兩枝都被曙紅染紅，證明水分經木質部上升，不需韌皮部；枝 B 割口上方腫脹，證明有機養料經韌皮部下運、被割斷後在上端累積。環割實驗配合蒸騰計和曙紅追蹤，是 DSE 常考的實驗設計：答題時先寫對照條件（同長度、同環境），再逐項比較結果，最後把結果歸因於木質部與韌皮部的分工。
6常見錯誤 Mistakes
75 題快測 Quick check
Q1保衛細胞怎樣控制氣孔開閉？
Q2為什麼根部缺氧時礦物質的吸收會減慢？
Q3蒸騰作用對植物有哪三項重要性？
Q4環割為什麼會令割口上方腫脹？
Q5潮濕而無風的天氣，蒸騰速率會怎樣？為什麼？
8重點回顧 Recap
- 植物需要氮、鎂、磷等礦物質：缺氮矮小黃化、缺鎂葉脈間轉黃，水耕缺素實驗可逐一驗證。
- 根毛以滲透吸水；礦物質離子靠主動轉運逆濃度梯度泵入，依賴呼吸作用供能。
- 氣孔由保衛細胞控制：吸水膨脹張開、失水關閉，白天開放交換氣體，夜間關閉保水。
- 蒸騰經氣孔散失水汽，產生蒸騰拉力運水運礦並冷卻葉面；速率受濕度、光強度和風影響，蒸騰計可量度。
- 木質部是死細胞細管、單向上運水和礦物質；韌皮部是活細胞、雙向輸導有機養料；環割實驗是分工的經典證據，支持靠膨壓與木質化。