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植物光合作用機制
植物光合作用機制
THE MERIT TIMES
文/田中修
2024-01-19
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圖/KIMI
文/田中修包括人類在內,所有的動物為了生存,都必需獲得能量。為了獲得能量,動物會攝食,而植物也是生物,如同動物一般,為了生存下去,植物也需要能量。有些食蟲植物(例如捕蠅草)雖然會吃昆蟲,但是一般植物都沒有攝食行為。植物不攝食,該如何生存,並順利成長呢?大約西元前4世紀,希臘哲學家亞里斯多德認為:「雖然我們看不到植物攝食的樣子,但植物其實是用藏在土裡的根在吃東西。」有很長一段時間,人們一直相信這種說法。動植生存 倚賴能量 直到17世紀,某些科學家研究了植物到底用根吃什麼,不過卻沒有任何發現,因為植物吃的不是我們所攝食的食物。植物以根部吸收的水分和空氣中的二氧化碳為原料,讓葉子利用太陽光,合成葡萄糖,釋放氧氣。這個作用稱為「光合作用」(photosynthesis)。光合作用所合成的葡萄糖,會形成澱粉,這是維持植物生命與生理活動所需的能量,也是人類主食稻米、小麥、番薯、玉米等的主要成分。我們食用這些澱粉類食物,並透過消化作用獲得能量。植物進行光合作用所產生的澱粉,是地球上大部分動物的營養來源,包括人類在內,動物都以攝食植物維生。這表示,地球上所有動物都依賴植物的光合作用。當光線照射到葉子,植物便會進行光合作用。光合作用進行的速率,可以用光合作用的產物——葉子釋放的氧氣量與產生的澱粉量來表示。另外,光合速率也可以用葉子吸收的二氧化碳量來表示。二氧化碳 影響光合若照射葉子的光照強度改變,光合速率即會改變。表示光合速率變化的圖,稱為「光反應曲線」(light response curve)。在漆黑環境下,植物不會行光合作用,因此二氧化碳不會被吸收。不僅如此,植物的呼吸作用還會釋放二氧化碳,使二氧化碳的吸收量變成負值。當光照度(光照強度)開始增強,植物呼吸所釋放的二氧化碳量,會漸漸與光合作用吸收的二氧化碳量相等。因此,從外部觀察不到二氧化碳進出葉子。此時的光照度,稱為「光補償點」(light compensation point)。此外,光照度若增強,超過光補償點,光合速率即會隨著光照度而漸漸增加,二氧化碳的吸收量也會增加。光照若變得更強,二氧化碳的吸收量即趨於飽和,光合速率不再增加。此狀態稱為光飽和(light saturation)狀態。光飽和狀態的光照度,稱為「光飽和點」(light saturation point),而此時的光合速率稱為最大光合率(maximum photosynthetic rate)。晴天的正午陽光,光照強度大約為10萬勒克斯(lux)。多數植物光合作用所利用的陽光強度,只需2.5~3萬勒克斯。也就是說,正午日照的1/3強度,即達到多數植物的光飽和點。植物從根部吸收水分,葉子吸收空氣中的二氧化碳作為原料,再利用陽光進行光合作用。空氣即含有二氧化碳,而且近年來「二氧化碳濃度不斷攀高」,因此,一般人會覺得:「對植物來說,光合作用的原料應該不會不夠用吧。」然而,對植物而言,二氧化碳真的不夠用。晴天的中午,看見葉子沐浴在刺眼的陽光下,綠意盎然、搖曳生姿,不禁令人覺得:「葉子正在進行光合作用,一定很開心。」不過,事實並非如此。若葉子要利用中午的強烈日照來進行光合作用,二氧化碳的確可能不夠用。這是因為空氣中的二氧化碳濃度太低。空氣中僅含有0.04%的二氧化碳,所以如果空氣中二氧化碳濃度低,進入葉子的二氧化碳量會減少,不夠光合作用使用。正確來說,與其說是「空氣中的二氧化碳低缺」,不如說「因為二氧化碳無法進入葉子內部,所以光合作用原料短缺」。也就是說,影響植物光合速率的原因,正是空氣中的二氧化碳濃度。內容與圖節錄自《三小時讀通植物學》,世茂出版授權使用
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