三種
C3 植物氣孔密度與氣室面積
及柵狀組織面積的相關性
王士綦
1郭椀濘
1林存藝
2吳蕙君
1房樹生
1*
1國 立 家 齊 高 級 中 學 2私 立 港 明 高 級 中 學壹、前言
我 們 在 另 一 篇 論 文 中 發 現，某 些C4 植 物 的 氣 孔 密 度 與 維 管 束 鞘 相 對 面 積 具 有 中 度 到 高 度 的 相 關 性 ， 但 與 葉 肉 相 對 面 積 具 有 低 度 的 相 關 性（ 王 等 人，2018）。由 於 C3 植 物 並 無 維 管 束 鞘 ， 但 多 了 氣 室 的 特 化 構 造 ， 因 此 本 篇 想 進 一 步 探 討 C3 植 物 的氣 孔 密 度 與 氣 室 面 積 及 柵 狀 組 織 面 積 之 間 是 否 也 具 有 相 關 性 （ 侯 等 人 ，2016）。 大 多 數 C3 植 物在 靠 近 葉 下表 皮 氣 孔 海 綿 組 織 附 近 會 有 氣 室 的 分 布 ， 氣 室 可 以 儲 存 較 多 的 二 氧 化 碳 ， 與 植 物 進 行 光 合 作 用 有 關，是 一 種 具 有 明 顯 生 存 優 勢 的 構 造， 但 不 同 植 物 的 葉 片 ， 甚 至 是 同 一 株 植 物 的 不 同 葉 片 ， 其 氣 室 大 小 都 不 盡 相 同 （ 陳 等 人 ，2008）。 當 我 們 在 葉 片 橫 切 面 構 造 發 現 氣 室 時，其 下 表 皮 處 通 常 也 會 出 現 氣 孔，因 此， 我 們 推 論 氣 室 與 氣 孔 這 兩 種 構 造 有 或 許 存 在 著 相 互 影 響 之 相 關 性 ， 也 就 是 說 ， 當 氣 孔 密 度 改 變 時 ， 氣 室 的 大 小 可 能 也 會 做 出 相 對 應 的 改 變 ， 反 之 亦 然 。 *為本 文 通 訊 作 者 另 外 ， 氣 孔 密 度 及 葉 肉 細 胞 的 面 積 都 與 光 合 作 用 有 關 ， 我 們 也 想 看 看 氣 孔 密 度 是 否 也 與 葉 肉 柵 狀 組 織 面 積 呈 現 任 何 的 相 關 性 。貳、研究目的
確 認 三 種 C3 植物 葉 片 的 氣孔 密 度 與 氣 室 相 對 面 積 及 葉 肉 柵 狀 組 織 相 對 面 積 的 相 關 性 。參、研究設備及器材
一、生物材料:
C3 植 物： 月 橘 （Murraya paniculata）、 鵝 掌 藤 （Schefflera arboricola）、 海 南 菜 豆 樹 （Radermachera hainanensis） 五 吋 盆 栽二、儀器設備:
桌 上 型 電 腦 〈 ASUS Notebook P43SJ Series〉 顯 微 鏡 〈NIKON E100〉三、其他器材及藥品:
透 明 膠 帶、載 玻 片、蓋 玻 片、指 甲 油、 滴 管 、 燒 杯 、 培 養 皿 、 剪 刀 、 手 機 （HTC desire816、 iphone 5）、0.1％甲 基 苯 藍 液、 清 水 、 單 面 刀 片 、 雙 面 刀 片 、 標 籤 紙 、 鑷 子 、 牙 籤肆、研究過程與方法
一、 利 用 指 甲 油 印 模 法 計 算 氣 孔
密度
1. 剪 下 由 植 物 頂 端 由 上 往 下 數 的 第 二 片 葉 片 ， 選 取 葉 片 的 中 段 部 位 ， 於 上 下 表 皮 塗 上 薄 層 的 透 明 指 甲 油 ， 待 指 甲 油 自 然 風 乾 。 2. 取 一 小 段 膠 帶 ， 貼 至 透 明 指 甲 油 的 位 置 。 3. 輕 壓 膠 帶 ， 確 保 指 甲 油 完 全 附 著 於 膠 帶 。 4. 將 膠 帶 撕 起 ， 盡 量 保 持 印 模 完 整 ， 並 避 免 有 任 何 殘 缺 。 5. 將 膠帶 黏 於 載 玻片 上，放 至顯 微 鏡 下， 觀 察 其 氣 孔 。 6. 拍 下 顯 微 鏡 影 像 （ 至 少 五 張 ）， 利 用 image J 計 算 出 氣 孔 密 度（ 個 /mm2）。二、 利 用 雙 刀 流 徒 手 切 片 法 取 葉
片橫切面，求出氣室相對面積
及 葉 肉 柵 狀 組 織 相 對 面 積
（葉，
2015）
1. 將 葉 片 樣 本 放 置 在 載 玻 片 上 ， 於 製 作 指 甲 油 印 模 的 同 一 部 位 做 橫 切 。 2. 選 取兩 個 單 面 刀片 ， 將 刀 片沾 濕 。 3. 將 兩刀 片 重 疊 放置 ， 垂 直 切下 4. 將 縫 隙 外 多 餘 的 葉 片 剔 除 ， 則 兩 刀 片 之 縫 隙 裡 會 有 一 薄 片 。 5. 將 薄 片 移 置 有 水 的 培 養 皿 中 ， 重 複 步 驟 1~5 6. 於 數 切 片 中 揀 選 影 像 最 為 清 晰 之 切 片 ， 將 其 放 在 另 一 載 玻 片 ， 蓋 上 蓋 玻 片 。 7. 若 顯 微 鏡 下 無 法 清 楚 觀 察 到 氣 室 ， 則 滴 適 量 的 0.1％甲 基 苯 液 染 色，便 於 觀 察 。 8. 拍 下 顯 微 鏡 影 像 （ 至 少 三 張 ）， 利 用 image J 計 算 出 氣室 相 對 面 積及 分 布。 （ 註：氣 室 相 對 面 積 ＝ 氣 室 面 積/葉 片 面 積 ）三、 利 用 玻 片 固 定 徒 手 切 片 法 取
葉片橫切面，求出氣室相對面
積及葉肉柵狀組織相對面積
1. 利 用剪 刀 剪 取 葉片 的 中 段 部位，取 3-4 段 葉 片 重 疊 放 置 於 載 玻 片 上 ， 滴 水 潤 濕 。 2. 以 另 一 片 載 玻 片 固 定 葉 片 於 載 玻 片 ， 露 出 部 分 葉 片 ， 主 葉 脈 需 與 固 定 的 載 玻 片 垂 直 ， 避 免 造 成 斜 切 現 象 。 3. 將 單 面 刀 片 沾 水 ， 先 將 露 出 的 部 分 葉 片 切 除 。 4. 再 以刀 片 快 速 沿玻 片 削 下，取 得 薄 片。 5. 將 薄 片 移 置 有 水 的 培 養 皿 中 ， 重 複 步 驟 1~5。 6. 於 數 切 片 中 揀 選 影 像 最 為 清 晰 之 切片 ， 放 於 另 一 載 玻 片 ， 蓋 上 蓋 玻 片 。 7. 若 在 顯 微 鏡 下 無 法 清 楚 觀 察 到 氣 室 ， 則 滴 適 量 的 0.1％ 甲基 苯 液 染色，便 於 觀 察 。 8. 拍 下 顯 微 鏡 影 像 （ 至 少 三 張 ）， 利 用 image J 計 算 出 氣 室 相 對 面 積 及 葉 肉 柵 狀 組 織 相 對 面 積 。 ※ 不 同 植 物 葉 片 的 特 性 不 一，因 此 適 用 不 同 的 徒 手 切 片 法，須 依 實 際 狀 況 選 用。
伍、研究結果
一、不同
C3 植物的氣孔特徵
三 種 C3 植 物 的氣 孔 都 只 分布 於 下 表 皮 ， 且 形 狀 都 呈 現 腎 型 ， 但 大 小 及 數 量 則 有 明 顯 差 異 ， 鵝 掌 藤 的 氣 孔 偏 大 ， 海 南 菜 豆 樹 與 月 橘 較 小（ 圖 一 ）。另 外，月 橘 的 氣 孔 密 度 最 大 ， 且 與 其 他 兩 種 植 物 具 有 非 常 顯 著 的 差 異 （ 圖 二 ）。 圖 一 、 三 種C3 植 物 下 表 皮 氣 孔 的 分布 。（ A） 海南 菜 豆 樹 （B） 月 橘 （ C） 鵝 掌 藤 。 scale bar＝ 50 µm 圖 二 、 三 種C3 植 物 下 表 皮 氣 孔 密 度的 比 較 。 月橘 的 氣 孔 密度 最 大 ， 與其 他 二 種 植物 呈 現 非 常 顯 著 差 異 （p＜ 0.005）（ n=3）。A C
B
二、不同
C3 植物的氣室及葉肉特徵
三 種 C3 植 物 葉片 的 橫 切 面可 以 清 楚 觀 察 到 氣 室 、 海 綿 組 織 及 柵 狀 組 織 等 構 造 （ 圖 三 ）。 海 南 菜 豆 樹 的 氣 室 相 對 面 積 最 大 ， 月 橘 的 氣 室 相 對 面 積 最 小 ， 且 與 海 南 菜 豆 樹 有 非 常 顯 著 的 差 異 ， 鵝 掌 藤 的 氣 室 相 對 面 積 則 與 海 南 菜 豆 樹 具 有 顯 著 的 差 異 （ 圖 四 ），但 三 種 植 物 的 柵 狀 組 織 相 對 面 積 則 無 顯 著 差 異 （ 圖 五 ）。 scale bar＝ 50 µm scale bar＝ 50 µm scale bar＝ 100 µm 圖 三 、 三 種 C3 植 物 葉 片 橫 切 面 。（ A） 海 南 菜 豆樹 （ B） 月 橘 （ C） 鵝 掌 藤A
C
B
圖 四 、 三 種C3 植 物 葉 片 氣 室 相 對 面積 的 比 較 。月 橘 的 氣 室相 對 面 積 與海 南 菜 豆 樹有 非 常 顯 著 的 差 異 （p＜ 0.005）（ n=3）， 鵝 掌 藤 則 與海 南 菜 豆 樹具 有 顯 著 的差 異 （p＜ 0.05）（ n=3）。 圖 五 、 三 種 C3 植 物 葉 片 柵 狀 組 織 相對 面 積 的 比較
三 、 氣 孔 密 度 與 氣 室 相 對 面 積 及 柵
狀組織相對面積的相關性
（ 一 ） 氣 孔 密 度 與 氣 室 相 對 面 積 的 相 關 性 接 下 來，我 們 以 氣 室 相 對 面 積 為 橫 軸， 氣 孔 密 度 為 縱 軸 畫 圖 ， 希 望 找 出 兩 者 之 間 是 否 具 有 相 關 性 。 結 果 發 現 ， 三 種 植 物 下 表 皮 的 氣 孔 密 度 與 氣 室 相 對 面 積 皆 呈 現 高 度 負 相 關（ 圖 六 ），這 個 結 果 暗 示 當 三 種 植 物 的 氣 室 相 對 面 積 變 大 時 ， 氣 孔 密 度 亦 會 隨 之 變 小 ， 以 適 應 所 處 環 境 的 變 化 ， 有 利 存 活 。圖 六 、 三 種 C3 植 物 氣 孔 密 度 與 氣 室相 對 面 積 的相 關 性 (A)海南 菜 豆 樹 (B)月 橘 (C)鵝 掌 藤 （ 二 ） 氣 孔 密 度 與 葉 肉 柵 狀 組 織 相 對 面 積 的 相 關 性 我 們 也 想 看 看 氣 孔 密 度 與 柵 狀 組 織 相 對 面 積 是 否 也 具 有 相 關 性 。 結 果 發 現 ， 海 南 菜 豆 樹 下 表 皮 的 氣 孔 密 度 與 柵 狀 組 織 相 對 面 積 呈 現 高 度 負 相 關 ， 鵝 掌 藤 呈 現 中 度 負 相 關 ， 月 橘 呈 現 低 度 正 相 關 。
陸、討論
三 種 C3 植 物 下表 皮 的 氣 孔密 度 與 氣 室 相 對 面 積 及 柵 狀 組 織 相 對 面 積 的 相 關 性 如 下 表 一 所 示 。 由 表 一 的 結 果 可 知 ， 三 種 C3 植 物 下 表 皮 的 氣 孔 密 度 與 氣 室 相 對 面 積 的 相 關 性 都 比 與 柵 狀 組 織 相 對 面 積 的 相 關 性 要 高 。 由 表 二 可 得 知 ， 四 種 C4 植物 下 表 皮 的 氣 孔 密 度 與 維 管 束 鞘 相 對 面 積 的 相 關 性 都 比 與 葉 肉 組 織 相 對 面 積 的 相 關 性 要 高 。 綜 合 表 一 與 表 二 的 結 果，我 們 推 論 C3 植 物 氣 孔 密 度 的 改 變 與 氣 室 面 積 改 變 的 相 關 連 動 性 較 大 ， 而 在 C4 植物 則 是 與 維管 束 鞘 面 積 的 改 變 較 為 相 關 。A
B
C
圖 七 、 氣 孔 密 度 與 葉 肉 柵 狀 組 織 相 對 面 積 的 相 關 性(A)海 南菜 豆 樹 (B)月 橘 (C)鵝 掌 籐 表 一 、 三 種C3 植 物 下 表 皮 的 氣 孔 密度 與 氣 室 相對 面 積 及 柵狀 組 織 相 對面 積 相 關 性 與 氣 孔 密 度 的 相 關 性 海 南 菜 豆 樹 月 橘 鵝 掌 籐 氣 室 相 對 面 積 高 度 負 相 關 高 度 負 相 關 高 度 負 相 關 柵 狀 組 織 相 對 面 積 高 度 負 相 關 低 度 正 相 關 中 度 負 相 關 表 二 、 四 種C4 植 物 下 表 皮 的 氣 孔 密度 與 維 管 束鞘 相 對 面 積及 葉 肉 組 織相 對 面 積 相關 性 。 （ 資 料來 源 ： 王 等人 ， 2018） 與 氣 孔 密 度 的 相 關 性 玉 米 甘 蔗 狼 尾 草 稗 草 維 管 束 鞘 相 對 面 積 高 度 負 相 關 中 度 負 相 關 高 度 正 相 關 高 度 負 相 關 葉 肉 組 織 相 對 面 積 低 度 負 相 關 低 度 正 相 關 中 度 負 相 關 中 度 負 相 關
