關(guān)于植物氣孔的系列探究

◎浙江省海鹽縣實(shí)驗(yàn)小學(xué)教育集團(tuán) 包羽宸 江柯成

我摘下一片樹(shù)葉，發(fā)現(xiàn)葉柄是中空的。我突發(fā)奇想：如果往里面吹氣，葉片會(huì)鼓起來(lái)嗎？我對(duì)著葉柄使勁吹氣，可葉片并沒(méi)有鼓起來(lái)。我大膽猜測(cè)：是不是葉片表面有小孔，讓氣跑走了？

我用肉眼仔細(xì)觀察，只看到了葉脈；我再用放大鏡觀察，還是一無(wú)所獲。正當(dāng)我束手無(wú)策時(shí)，媽媽提議：“你把葉片放到水里看看?！庇谑牵野讶~片放進(jìn)水里，發(fā)現(xiàn)葉片上竟然冒出了小氣泡。真是太神奇了！

出于強(qiáng)烈的好奇心，我查找了相關(guān)資料。原來(lái)，葉片上確實(shí)有氣孔，這些氣孔是植物與外界進(jìn)行氣體交換的“窗口”。而且氣孔非常小，是由一對(duì)半月形的保衛(wèi)細(xì)胞圍成的空腔，需要用高倍顯微鏡才能觀察到。于是，我購(gòu)買了顯微鏡，和朋友一起開(kāi)啟了植物氣孔的探究之旅。

問(wèn)題1：植物的葉片上都有氣孔嗎？

我們選擇了迎春花、松樹(shù)、蠶豆、綠蘿四種植物，把植物葉片的永久裝片放在顯微鏡下，仔細(xì)觀察其細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

迎春花葉片：整體呈長(zhǎng)條帶狀，中間有空隙，柵欄組織和海綿組織結(jié)構(gòu)清晰，未觀察到明顯的氣孔。

圖2

圖3

松樹(shù)葉片：邊緣呈絮狀，中間細(xì)胞較少，有許多大小不一的白色鱗片狀空隙，未觀察到明顯的氣孔。

圖4

蠶豆葉片：綠色細(xì)胞有多個(gè)凸起，像拼圖一樣緊密鑲嵌，觀察到了明顯的紅豆?fàn)顨饪住?/p>

圖5

綠蘿葉片：有大小不一的綠色小氣孔，氣孔兩側(cè)的保衛(wèi)細(xì)胞上有許多小泡。

通過(guò)觀察，我們發(fā)現(xiàn)不同葉片的細(xì)胞結(jié)構(gòu)大不相同。蠶豆葉片、綠蘿葉片上的氣孔較多，而迎春花葉片、松樹(shù)葉片上未發(fā)現(xiàn)明顯的氣孔。

查閱資料后得知：植物葉片表皮細(xì)胞的氣孔密度與植物屬性有很大關(guān)系。葉片表皮氣孔小而少的植物，表面有蠟質(zhì)層，水分不易流失，有耐旱的屬性。反之，表皮氣孔多的植物具有耐澇的屬性。

因此我們判斷：迎春花、松樹(shù)是耐旱植物，蠶豆、綠蘿是耐澇植物。經(jīng)查詢，我們的判斷基本正確，其中，蠶豆雖然適宜在濕潤(rùn)的環(huán)境中生長(zhǎng)，但耐澇性不是很強(qiáng)。

問(wèn)題2：氣孔在哪里？

葉子上所有的部位都有氣孔嗎？為了弄清楚植物葉子的哪些部位有氣孔，我們選取了兩種陸生植物（多肉、綠蘿）和兩種水生植物（浮萍、睡蓮），將植物葉片的上表皮、下表皮、葉柄分別制作成臨時(shí)裝片，放在顯微鏡下進(jìn)行對(duì)比觀察。

知道多一點(diǎn)

裝片可分為臨時(shí)裝片和永久裝片。臨時(shí)裝片是在做實(shí)驗(yàn)時(shí)當(dāng)場(chǎng)制作或近期制作的，不能長(zhǎng)期使用。永久裝片由專業(yè)人士制作，經(jīng)過(guò)特殊處理，觀察到的細(xì)胞結(jié)構(gòu)比較清晰，可供長(zhǎng)期反復(fù)使用。

圖6

綠蘿：葉片上表皮細(xì)胞緊密排列在一起，形狀似長(zhǎng)方形，未發(fā)現(xiàn)氣孔；葉片下表皮細(xì)胞多為六邊形，氣孔數(shù)量較多；葉柄橫切面的細(xì)胞分布很整齊，未發(fā)現(xiàn)氣孔。

圖7

多肉：葉片上表皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)清晰，有立體感，氣孔分布較少；葉片下表皮葉肉細(xì)胞分布較多，氣孔較多，像花蕊一樣被圍在中間；葉柄的細(xì)胞結(jié)構(gòu)不明顯，類似磚塊表面。

圖8

浮萍：葉片上表皮能明顯看到緊密排列的氣孔，且氣孔基本都處于閉合狀態(tài)；葉片下表皮細(xì)胞呈不規(guī)則形狀，未發(fā)現(xiàn)氣孔；葉柄上的長(zhǎng)條狀細(xì)胞排列緊密，未發(fā)現(xiàn)氣孔。

圖9

睡蓮：葉片上表皮細(xì)胞排列緊密，氣孔分布較多；葉片下表皮細(xì)胞分布較松散，細(xì)胞結(jié)構(gòu)不明顯，未發(fā)現(xiàn)氣孔；葉柄上有很多奇特的連珠狀細(xì)胞，未發(fā)現(xiàn)氣孔。

經(jīng)過(guò)觀察，我們驚奇地發(fā)現(xiàn)，陸生植物與水生植物的氣孔分布完全不同。綠蘿葉片和多肉葉片的下表皮氣孔多而密，上表皮氣孔少或未被發(fā)現(xiàn)；而睡蓮葉片、浮萍葉片的下表皮氣孔少，上表皮氣孔分布多。

我們查閱資料后得知：由于水生植物要吸收空氣中的氣體，所以氣孔多分布在葉片上表皮；而陸生植物為了防止溫度過(guò)高，氣孔多分布在葉片下表皮。對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)！

問(wèn)題3：氣孔為何有的張開(kāi)、有的閉合？

我們?cè)谟^察植物氣孔的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象：有的氣孔是張開(kāi)的，有的氣孔是閉合的。這是為什么呢？

我們查閱資料后得知：氣孔的開(kāi)閉與其作用有關(guān)。氣孔的開(kāi)閉由保衛(wèi)細(xì)胞控制，主要用于植物的氣體交換和水分調(diào)節(jié)。通常情況下，每當(dāng)太陽(yáng)升起的時(shí)候，氣孔慢慢張開(kāi)，空氣進(jìn)入氣孔，為葉片制造有機(jī)物提供二氧化碳；當(dāng)然，水分也會(huì)通過(guò)氣孔散失。當(dāng)夜幕降臨時(shí)，葉片的生產(chǎn)活動(dòng)就停止了，大多數(shù)氣孔縮小或閉合，蒸騰作用隨之減弱。

許多現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)和生物技術(shù)都與氣孔的開(kāi)閉機(jī)制密切相關(guān)。例如，在種植水稻、玉米時(shí)，可以通過(guò)植物基因編輯技術(shù)來(lái)調(diào)控氣孔的開(kāi)閉，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。

圖10

問(wèn)題4：植物的其他結(jié)構(gòu)有氣孔嗎？

除了葉子，植物的其他部位（根、莖、果實(shí)）有氣孔嗎？帶著疑問(wèn)，我們又馬不停蹄地對(duì)大蒜、青菜、茄子、橘子等進(jìn)行觀察。我們發(fā)現(xiàn)氣孔多存在于植物的地上部分，尤其是葉片，在有些植物的幼莖、花瓣上也可以觀察到氣孔。

圖11

通過(guò)這次活動(dòng)，我們發(fā)現(xiàn)科學(xué)探究真是一件有趣的事。科學(xué)世界有著無(wú)窮奧秘，通過(guò)細(xì)致觀察與持久探究，我們就能發(fā)現(xiàn)隱藏在普通事物中的神奇之處。