物質的運輸

1. 單細胞生物及構造較簡單的多細胞生物：1) 擴散作用2) 細胞質流動（ cytoplasmic streaming） 運輸進出細胞的物質2. 構造複雜的多細胞生物：利用特有的組織或系統運輸物質

物質運輸1. 植物：維管束組織2. 動物：循環系統

第 1 節　植物體內的運輸

第五章 物質的運輸

植物體內的運輸

• 主要依靠維管束來完成1)木質部：運輸水分及無機鹽2)韌皮部：運輸有機養分

5-1.1 水分及無機鹽在植物體內的運輸

植物體內水分的運輸• 植物根部所吸收的水分，經由根部兩途徑的運輸方式，進入根部的木質部

1)共質體2)質體外

水分在木質部的運輸動力

• 將根部的水分運輸到葉部，作單方向的運輸且不須消耗能量

1.根壓2.毛細作用3.蒸散作用

根壓（ root pressure ）

1. 產生：主要是根部從土壤吸收無機鹽，因無機鹽的增加，根部細胞的滲透壓（ osmotic pressure）大於土壤中的滲透壓，使土壤中的水分持續滲透入根部細胞

2. 根部中內皮層具卡氏帶（ Casparian strip），使得水分不能向外流出，因而產生向上推擠的壓力

觀察植物根壓的存在

• 將植物莖靠近地面的部位切斷，不久即可看到有液體從傷口流出

根壓大小的簡易測定

1. 將植物種植於花盆，並把植株接近地面的莖部切除，再用一支玻璃管與植物莖相接

2. 可觀察到玻璃管內有水柱的上升

3. 由水柱上升的高度可知道根壓的大小

泌溢現象 ( 草本植物 )

1. 如果處在土壤水分充足，氣溫適宜，天氣潮溼而沒有蒸散作用的環境中，葉片的尖端或邊緣的水孔會有液體外泌的現象

2. 早晚皆可觀察到3. 土壤中的含水量愈充沛，泌溢作用也愈旺盛

根壓1. 植物體內水分上升的一種力量2. 土壤含水量愈多，根壓愈大，木質部導管中的水分上升高度會愈高

3. 正常情況下，葉的蒸散作用，使導管中的水分快速上升，根壓的功能便無法顯現

毛細作用

1. 一種物理現象2. 水的表面張力、內聚力和附著力的共同作用，使水分可在較小直徑的毛細管中，上升到一定的高度

毛細作用

• 木質部的導管管徑小且具親水性的纖維素，可吸附水，因此水分會在導管中形成連續水柱

• 水分子上升的高度與導管的管徑成反比，即管徑愈小，水柱上升愈高

蒸散作用1. 是高大樹木水分上升最主要的動力2. 葉肉細胞的水分因蒸散作用，經由氣孔而散失外界，葉肉細胞的含水量減少，導致細胞滲透壓加大

3. 此種滲透壓猶如一種拉力（負壓），可使莖導管中的水分持續滲透進入葉肉細胞中

• 導管中因水分子的內聚力、附著力和表面張力形成的連續水柱，形成「蒸散流」的輸送作用

蒸散作用

1. 當蒸散作用太過旺盛，蒸散拉力即使管中的壓力降低，導致溶液中的氣體釋放出來

2. 由於導管中溫度上升，降低氣體於水中的溶解度，即產生氣泡

3. 當導管中有氣泡生成時，會中斷導管中水柱的連續性，可能引起植物凋萎

4. 大多數植物會將氣泡經由壁孔傳到管胞，利用管胞加以排除　

蒸散作用

蒸散作用

1. 植物地上部分主要經由氣孔進行蒸散作用2. 自土壤中吸收水分，經木質部運輸到各個細胞使用，再從葉部的氣孔擴散到大氣中

3. 科學家將其視為一連續的體系：　土壤 － 植物 － 大氣連續體

水分在木質部中運輸的速度

• 大部分被子植物中有導管及管胞，裸子植物中只有管胞存在

1)導管是中空而無原生質的死細胞，阻力小，運輸速度快，一般為 3 ～ 45 　 m ／ h

2)管胞由於兩細胞相連的細胞壁未打通，阻力較大，運輸速度較慢，不到 0.6 m ／ h

影響蒸散作用的因子

1. 大氣因子2. 土壤因子3. 植物因子

大氣因子• 植物周圍的：1)溫度2)溼度3)風速4)日照強度

土壤因子• 土壤中：1)含水量2)土壤的質地組成及結構

植物因子• 植物本身：1)氣孔數目2)分布3)開孔大小

1) 植物單位面積上的氣孔數目多，有利於蒸散的進行

2) 氣孔直徑較大，蒸散較快3) 氣室體積愈大，蒸散愈快• 蒸散作用在植物生存上，反映了植物調節水分損失以及適應逆境的能力。

影響蒸散作用的因子

蒸散作用

1. 協助植物吸收及運輸水和無機鹽的功能2. 維持植物細胞的正常膨壓3. 降低葉片的溫度以保持植物體的正常溫度及新

陳代謝的恆定性4. 協助韌皮部的物質運輸，也有助於植物的氣體

交換

植物的散熱作用

• 曾有實驗證實以藥物塗抹在番茄葉子表面，抑制了氣孔的開啟，進而抑制葉的蒸散作用

結果於 15分鐘內便可觀察到處理組植物葉片的溫度比對照組高出 4 ℃

5-1.2 有機養分在植物體內的運輸

植物體內養分的運輸

1. 短距離運輸：細胞內及細胞間的運輸2. 長距離運輸：韌皮部1) 韌皮部細胞以篩管細胞及伴細胞與物質的運輸最為密切

2) 「篩管細胞 － 伴細胞複合體」

養分的運輸• 細胞間運輸是指細胞之間的質體外、共質體以及質體外與共質體間交替進行的運輸。

• 例如葉肉細胞行光合作用所產生的蔗糖，可藉由這種方式將蔗糖運輸到葉的篩管細胞

養分的運輸• 共質體的運輸：主要是經由細胞與細胞間的原生質絲完成

• 質體外的養分進入篩管時則須消耗 ATP能量

篩管內的運輸

1. 韌皮部內的膨壓梯度差所引起的壓力流（ pressure flow）

2. 木質部的蒸散流協助，將養分運輸到所需要的部位

篩管內的運輸

• 例如：1.葉部所輸送的蔗糖，經由長距離的運送到根部篩管細胞中，以消耗 ATP的方式將蔗糖卸出，進入根部皮層細胞

2.皮層細胞：1)將蔗糖轉換為澱粉儲存2)被分解利用於生長發育等功能

篩管內的運輸

1. 根部篩管細胞中的蔗糖含量減少，滲透壓就變小

2. 細胞的膨壓隨之變小，這種壓力差就造成韌皮部內物質流動的動力

韌皮部物質的輸送方向1. 不一定是從葉部到根部2. 它是維持「供源」（ source）與「需求」

（ sink）的關係

供源

• 能夠製造並輸出養分的組織、器官或部位• 例如：1)綠色植物的葉片（行光合作用）2)種子萌發期間的胚乳或子葉3)春季萌發時的二年生或多年生植物的塊根、塊莖等

需求

• 消耗或貯藏養分的組織、器官或部位：例如植物的幼葉、根、莖、花、果實和發育的種子等

• 在同一株植物中，供源與需求是相對的，隨著生長期間的改變，供源與需求的地位有時會發生變化

植物體內養分的運輸

• 例如豌豆種子萌芽成幼苗時，因胚芽及胚根生長所需的養分相當多，子葉中的有機養分可同時向胚芽及胚根雙方向輸送

植物體內養分的運輸

• 當幼苗長大成植株後，植株中較成熟的葉片所產生的碳水化合物即可向幼葉及頂芽等部位輸送，同時可向根部方向輸送

植物體內養分的運輸

• 開花結果時，因養分需求量較大，葉片所產生的大部分養分以及根部所儲存的養分均轉向該處輸送，提供果實及種子生長所需

養分的運輸

1. 植物在養分分配時，會優先供應生長快、新陳代謝旺盛的部位或器官，並且就近供應，同側運輸為主

2. 養分的運輸提供植物在光合作用產生的物質或貯存物質間作有效的運用，韌皮部內物質的運輸可以是雙方向的　　

單一篩管1. 物質輸送方向是單方向的2. 不可能同時具由上而下及由下而上的雙方向物質輸送