關于植物氣孔的系列探究

◎浙江省海鹽縣實驗小學教育集團 包羽宸 江柯成

我摘下一片樹葉，發現葉柄是中空的。我突發奇想：如果往里面吹氣，葉片會鼓起來嗎？我對著葉柄使勁吹氣，可葉片并沒有鼓起來。我大膽猜測：是不是葉片表面有小孔，讓氣跑走了？

我用肉眼仔細觀察，只看到了葉脈；我再用放大鏡觀察，還是一無所獲。正當我束手無策時，媽媽提議：“你把葉片放到水里看看。”于是，我把葉片放進水里，發現葉片上竟然冒出了小氣泡。真是太神奇了！

出于強烈的好奇心，我查找了相關資料。原來，葉片上確實有氣孔，這些氣孔是植物與外界進行氣體交換的“窗口”。而且氣孔非常小，是由一對半月形的保衛細胞圍成的空腔，需要用高倍顯微鏡才能觀察到。于是，我購買了顯微鏡，和朋友一起開啟了植物氣孔的探究之旅。

問題1：植物的葉片上都有氣孔嗎？

我們選擇了迎春花、松樹、蠶豆、綠蘿四種植物，把植物葉片的永久裝片放在顯微鏡下，仔細觀察其細胞結構。

迎春花葉片：整體呈長條帶狀，中間有空隙，柵欄組織和海綿組織結構清晰，未觀察到明顯的氣孔。

圖2

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松樹葉片：邊緣呈絮狀，中間細胞較少，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：綠色細胞有多個凸起，像拼圖一樣緊密鑲嵌，觀察到了明顯的紅豆狀氣孔。

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綠蘿葉片：有大小不一的綠色小氣孔，氣孔兩側的保衛細胞上有許多小泡。

通過觀察，我們發現不同葉片的細胞結構大不相同。蠶豆葉片、綠蘿葉片上的氣孔較多，而迎春花葉片、松樹葉片上未發現明顯的氣孔。

查閱資料后得知：植物葉片表皮細胞的氣孔密度與植物屬性有很大關系。葉片表皮氣孔小而少的植物，表面有蠟質層，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、松樹是耐旱植物，蠶豆、綠蘿是耐澇植物。經查詢，我們的判斷基本正確，其中，蠶豆雖然適宜在濕潤的環境中生長，但耐澇性不是很強。

問題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裝片，放在顯微鏡下進行對比觀察。

知道多一點

裝片可分為臨時裝片和永久裝片。臨時裝片是在做實驗時當場制作或近期制作的，不能長期使用。永久裝片由專業人士制作，經過特殊處理，觀察到的細胞結構比較清晰，可供長期反復使用。

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綠蘿：葉片上表皮細胞緊密排列在一起，形狀似長方形，未發現氣孔；葉片下表皮細胞多為六邊形，氣孔數量較多；葉柄橫切面的細胞分布很整齊，未發現氣孔。

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

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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；葉片下表皮細胞呈不規則形狀，未發現氣孔；葉柄上的長條狀細胞排列緊密，未發現氣孔。

圖9

睡蓮：葉片上表皮細胞排列緊密，氣孔分布較多；葉片下表皮細胞分布較松散，細胞結構不明顯，未發現氣孔；葉柄上有很多奇特的連珠狀細胞，未發現氣孔。

經過觀察，我們驚奇地發現，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現；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高，氣孔多分布在葉片下表皮。對于我們來說，這是一個新的發現！

問題3：氣孔為何有的張開、有的閉合？

我們在觀察植物氣孔的過程中，發現了一個有趣的現象：有的氣孔是張開的，有的氣孔是閉合的。這是為什么呢？

我們查閱資料后得知：氣孔的開閉與其作用有關。氣孔的開閉由保衛細胞控制，主要用于植物的氣體交換和水分調節。通常情況下，每當太陽升起的時候，氣孔慢慢張開，空氣進入氣孔，為葉片制造有機物提供二氧化碳；當然，水分也會通過氣孔散失。當夜幕降臨時，葉片的生產活動就停止了，大多數氣孔縮小或閉合，蒸騰作用隨之減弱。

許多現代農業技術和生物技術都與氣孔的開閉機制密切相關。例如，在種植水稻、玉米時，可以通過植物基因編輯技術來調控氣孔的開閉，提高農作物產量。

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問題4：植物的其他結構有氣孔嗎？

除了葉子，植物的其他部位（根、莖、果實）有氣孔嗎？帶著疑問，我們又馬不停蹄地對大蒜、青菜、茄子、橘子等進行觀察。我們發現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。

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通過這次活動，我們發現科學探究真是一件有趣的事。科學世界有著無窮奧秘，通過細致觀察與持久探究，我們就能發現隱藏在普通事物中的神奇之處。