99科展~歡喜來"豆"陣-探討逆境壓力對豌豆生長的影響
- 1. 作品名稱:歡喜來「豆」陣~探討逆境壓力對豌豆生長的影響
摘要
從課堂上我們學到環境對植物的生長影響深遠,而且近年來極端氣候讓
植物的生長環境逐漸惡化,因此我們探討了重物重壓、擁擠與創傷等逆境壓
力對豌豆生長的影響。發現豌豆苗在逆境中,胚軸會改變原本的外在型態,
如變得肥大、頂端彎鉤,抑制生長長度,呈現彎曲狀等;胚根與胚軸的比例
也會調整,並且增加側根的數量,調節內部生理反應來適應惡劣的條件。而
豌豆因應這些逆境所造成的外型變化,主要經由細胞的變大與改變排列方式
來達成。這個實驗除了讓我們對上課所學知識加以驗證外,也希望提供農業
作物生長改良方面的發想以及利用豌豆對逆境會產生外型、生理生化的變化
作為基礎,發展一些監測方法以檢定植物的健康狀態。
壹、研究動機
記得三年級自然課「大家來種菜」的單元中,老師讓我們用豌豆種子種植,
我發現有的種子只剩一半,居然也能發芽成長,而六年級「生物與環境」的課程
中,也探討了植物的生長會受到環境因子的影響,找了資料才知道原來植物在逆
境(如重壓、擁擠與創傷)壓力下,會釋放出一種植物荷爾蒙~乙烯,使得幼苗
的胚軸變得又短又胖。另外,近年來氣候逐漸改變,環境愈來愈惡劣,我們想探
討在重壓、擁擠與創傷等不同的逆境壓力下,豌豆苗的生長情形,並進一步觀察
胚軸細胞的變化,瞭解豌豆如何因應逆境壓力,以適應不適合的環境。
貳、研究目的
一、自製豌豆苗水耕容器
二、探討浸泡不同水質對豌豆發芽的影響
三、探討哪一種栽種介質適合豌豆苗生長
四、探討不同重量重壓對豌豆苗生長的影響
五、探討重壓頻率對豌豆苗生長的影響
六、探討生長密度對豌豆苗生長的影響
七、探討創傷對豌豆苗生長的影響
參、研究設備及器材
百片 CD 盒 50 片 CD 盒 CD 片 複式顯微鏡
電鑽 刀片 數位相機 廚房紙巾
夾鏈袋 紗網 電子秤 游標卡尺
塑膠淺水盆 塑膠網盆 滴管 燒杯
量筒 注射針筒 石頭 黏土
1
- 2. 攪拌棒 玻片 濾網 湯匙
注射針 廚房紙巾 過濾棉 不織布
防滑地墊 泡棉 棉花 自來水
地下水 飲水機的飲用水 大西洋蒸餾水 R.O.逆滲透水
碘液 澱粉 酒精 熱熔膠
豌豆種子 鹽 漏斗 標籤紙
肆、研究過程與方法
一、文獻探討
(一)豌豆苗營養成分
1、品種:
目前一般使用由澳洲進口之褐色豌豆品種種子進行芽菜生產。這類種子由於
價格便宜,而且發芽迅速,幼苗尚粗壯,種子也不易腐爛,較適合供苗菜生產之
用,是目前普遍採用的品種。
2、營養成分:
豌豆苗又名豌豆嬰,是以豌豆種子經浸水、發芽成長後,被利用做為蔬菜之
豌豆幼苗。豌豆在發芽過程中,將種子中不溶性的高分子貯藏物質,逐漸轉化為
可溶性的簡單物質,因此豌豆苗中所含營養物質較容易被人體吸收,豌豆種子通
常不含維生素C,但經發芽後,維生素C含量十分豐富,每 100 克苗菜的維生
素C含量達數百毫克。豌豆苗營養豐富,生產時不必施用農藥及肥料,其栽培時
間很短,一般僅需 7-12 天左右,而且生產不容易受天候的影響,因此成為生
活中有益健康的蔬菜。
(二)乙烯功能
乙烯是由二碳四氫所組成、構造簡單的氣體化合物質,是一種內生的植物荷
爾蒙,可由部分植物體直接產生,在一般狀況下是氣體的型態;但當植物在面對
逆境如壓力、傷害時,會合成乙烯,影響植物的生長。
二、研究過程
(一)豌豆苗種植方式:
1、種子篩選:選用褐色豌豆品種種子進行苗菜種植,剔除蟲蛀、殘破、畸
形、腐霉和雜質,選用粒大飽滿的豌豆種子。
2、浸種:種子用水浸泡 24 小時,使種皮吸水軟化,將破損以及浮在水面
上的豌豆挑出(圖 1)。
3、播種:種子浸種後隨即播種在豌豆苗水耕容器中,每個容器中播種
30~40 顆種子。(圖 2)
4、管理:將豌豆苗放在遮光且通風的櫃子中,水耕容器的下杯則每日更
換清水,以減少細菌滋生的機會。(圖 3、4)
5、採收:播種後七天,當豌豆幼苗子葉未展開時即收成。
2
- 3. 圖 1:浸種 圖 2:播種
圖 3:豌豆種子播種在水耕容器中 圖 4:水耕容器放置在遮光且通風的櫃子中
(二)自製豌豆苗水耕容器
1、製作構想
一般家庭常使用水壺以及鍋子培植豌豆苗菜,但收成後的苗菜卻都
彎彎曲曲不夠直立,根系也互相糾結。而且為了讓苗菜健康生長,每日
須需要噴灑水數次。但是上課期間,或遇假日時,我們無法固定時間來
灑水,所以尋找生活周遭可以再回收利用的資源,例如:蛋糕盒、塑膠
盆、CD 盒等容器,最後我們選用 CD 塑膠盒來製作。原因有二個:
(1)CD 盒的大小適中,可以同時進行 5、6 組實驗,不同 CD 盒上下套
用,更換清水方便又快速。
(2)CD 盒是塑膠材質,方便穿洞、切割,製作快速且取得方便,還可
以重複使用。
3
- 4. 2、製作步驟:
(1)請家長協助使用電鑽在百片 CD 盒底部鑽洞,約 30~40 個孔洞,用
於置放豌豆種子(圖 5) 。
(2)將 50 片 CD 盒套於百片 CD 盒下方。
(3)在百片 CD 盒底部約 1 公分處,套上粗橡皮筋,防止 CD 盒滑入下
方 50 片 CD 盒中(圖 6)。
(4)完成自製豌豆苗水耕容器(圖 7) 。
圖 6:粗橡皮筋套在百片 圖 7:兩種 CD 盒上下
圖 5:百片 CD 盒底部鑽洞
CD 盒底部 套用,完成水耕容器
(三)探討浸泡不同水質對豌豆發芽的影響之實驗方法
1、將豌豆種子分成六組,每組100顆種子,分別浸泡在地下水、大西洋蒸
餾水、飲水機的飲用水、R.O.水、自來水(圖8)與流動的自來水中。
2、流動的自來水浸泡裝置如下:將豌豆種子平鋪在底部有洞的CD盒中並
置於塑膠網盆中,再將網盆放在塑膠淺盆上,打開水龍頭讓流動的自來
水浸泡所有的豌豆種子,多餘的水從底下塑膠淺盤中流出,浸種水量超
過種子體積的2倍,保持水持續流動(圖9) 。
3、六組裝置連續浸種24小時。
4、計算每組浸泡裝置中,100顆的種子的發芽率(圖10)。
圖8:6組不同水質裝置 圖9:流動自來水浸種 圖10:計算種子發芽率
4
- 5. (四)探討不同栽種介質對豌豆苗生長的影響之實驗步驟
1、準備七組 CD 盒水耕容器,分別置入棉花、廚房紙巾、過濾棉、不織布、
泡棉、紗網與上層 CD 盒底部打洞等七種介質。
2、其中第 6 組水耕容器的圓形塑膠防滑地墊事先分割成數塊,以利排水。
3、在每組介質上播種豌豆 40 顆,每天更換清水。
4、七天後採收豌豆苗,並進行實驗步驟(九)測量與檢驗。
圖 11:在紗網上播種 圖 12:不同栽種介質實驗裝置
(五)探討不同重量重壓對豌豆苗生長的影響之實驗步驟
1、在 CD 盒底部每個孔洞中,放置浸種後的豌豆(圖 13) 。
2、將廚房紙巾包覆在 CD 片上。
3、再將 CD 片置於豌豆上。
4、在 CD 片上安置實驗設計所需之重物重量,如下:
(1)對照組不放置重物。
(2)實驗組分別放置 200 克、400 克、600 克、800 克、1000 克與 1200 克
等重物。
5、每日更換清水。
6、七天後採收豌豆苗,並進行實驗步驟(九)測量與檢驗。
圖 13:孔洞中的豌豆 圖 14:重物放在 CD 片上 圖 15:不同重壓處理的實驗裝置
5
- 6. (六)探討重壓頻率對豌豆苗生長的影響之實驗步驟
1、在 CD 水耕容器中播種豌豆。
2、將包覆廚房紙巾的 CD 片置於豌豆上。
3、將 1000 克重物平穩放在 CD 片上。
4、依重物重壓在豌豆上的處理時間區分為六種試驗,方法如下:
(1)對照組:不做任何處理。
(2)間隔 1 天:重物壓在豌豆上處理 1 天後再取出,處理時間以 1 天為間
隔。
(3)間隔 2 天:重物壓在豌豆上處理 2 天後再取出,處理時間以 2 天為
間隔。
(4)間隔 3 天:重物壓在豌豆上處理 3 天後取出,間隔 3 天後再行處理。
(5)採收前兩天處理:豌豆採收前兩天,再放置重物。
(6)採收前一天處理:豌豆採收前一天,再放置重物。
5、每日更換清水。
6、七天後採收豌豆苗,並進行實驗方法(九)測量與檢驗。
(七)探討生長密度對豌豆苗生長的影響之實驗步驟
1、將紗網裁切成方形,方形紗網中間畫一 CD 盒大小的圓形,面積 120.7
平方公分。
2、完成 6 個紗網,其中 1 個紗網利用熱熔膠區隔出 40 格的小空間(圖 16)
。
3、在 40 格紗網的格子中播種上一顆浸泡後的豌豆(圖 17) ,其餘紗網分
別播種 40、100、120、160 與 200 顆豌豆。
4、再將紗網利用橡皮筋固定於底部打洞的百片 CD 盒上(圖 18) 。
5、每組 CD 水耕容器,控制豌豆的生長面積皆為 120.7 平方公分,生長空
間皆為百片 CD 盒體積 1834.6 立方公分,進行生長密度的實驗。
6、每日更換清水。
7、七天後採收豌豆苗,並進行實驗步驟(九)測量與檢驗。
圖 16:熱熔膠畫出間隔 圖 17:播種在格子中 圖 18 紗網固定在 CD 盒上
:
6
- 7. 圖 19:下杯裝清水 圖 20:生長密度的裝置 圖 21:實驗裝置放在櫃子中
(八)探討創傷對豌豆苗生長的影響之實驗步驟
刀片與注射針先用酒精消毒後,取浸種後的豌豆,分為六組,各組依
下列方法處理:
1、對照組:不做任何處理
2、每一顆豌豆用注射針戳生長點十次
3、用刀片直切生長點
4、用刀片橫切生長點
5、用刀片十字切生長點
6、用刀片將豌豆剖半
7、每日更換清水。
8、七天後採收豌豆苗,並進行實驗方法(九)測量與檢驗。
圖 22:酒精消毒刀片 圖 23:用刀片切割豌豆
7
- 8. 圖 24:用注射針刺豌豆 圖 25:播種在 CD 水耕容器中
(九)測量豌豆苗外型 觀察細胞與檢驗維他命 C 含量以瞭解豌豆苗的生長情況
、 :
1、測量豌豆苗的重量、長度及計算側根
(1)選擇每個實驗之具代表性的樣本 10 株,編號後,分離胚根及胚軸,
如圖 26、27。
(2)以游標卡尺測量胚軸與胚根並記錄。
(3)將胚軸秤重,計算側根數並記錄。
圖 26:豌豆苗樣本編號
8
- 10. 2、觀察豌豆幼苗胚軸橫切之顯微攝影
(1) 選擇每個實驗之具代表性的豌豆幼苗的胚軸,分別編號。
(2) 取胚軸中點進行徒手切片,製成玻片標本(圖 28)。
(3) 將數位相機的鏡頭調整貼到複式顯微鏡的目鏡上(圖 29)。
(4) 以複式顯微鏡觀察玻片標本,並以數位相機拍下豌豆幼苗胚軸橫
切之全貌(圖 30)。
圖 28:製作玻片標本 圖 29:相機鏡頭貼到目鏡上 圖 30:標本拍照
3、維他命 C 檢測
(1)將 5ml 的碘液和 250ml 的水混合攪拌均勻成碘溶液。
(2)將 5 克的澱粉加入 50ml 的水中,混合後攪拌均勻成澱粉溶液。
(3)將 1ml 的碘溶液與 5ml 的澱粉溶液均勻混合後呈藍色作為指示
劑 ,以豌豆苗汁液滴定,當藍色消失時表示反應已達終點。
(4)豌豆苗搗碎→擠汁→過濾→分別置於試管中,並貼上標籤。
(5)用量筒取指示劑 2ml,分別置於試管中。
(6)以滴管取豌豆苗汁滴入步驟 3 的指示劑中,直到藍色消失,表
示反應已達終點,記下使用汁液的滴數。
圖 31:豌豆苗擠汁並過濾 圖 32:調配指示劑 圖 33:指示劑與樣本變色情形
10
- 11. 伍、研究結果與討論
研究一:自製豌豆苗水耕容器
豌豆苗菜生長得比較直立,根系透過網目生長,不再糾結成團,最
後收成時,也可以輕易的拔出苗菜,進行實驗分析。水耕容器的特點如
下:
(一)豌豆播種在上層 CD 盒的孔洞中(圖 34),不會翻滾,而且保持豌
豆苗間有適當的間隔生長,因此苗菜外觀直立完整,根系的生長更
是健全,不會彎曲糾結成一團(圖 36)。
(二)上下杯可以分離,下杯更換清水時,快速又方便,避免細菌的孳生,
也不會因為容器積水導致苗菜泡在水中(圖 35)。
(三)採收時也非常容易拔出胚根,節省時間,又不會傷害到根系(圖 37)。
(四)利用回收的 CD 盒製作,方便快速,不僅成本低廉,還可以重複使
用。
圖 34:豌豆播種在洞中,不易移位 圖 35:水耕容器上下杯可以分離
11
- 13. 研究二:探討浸泡不同水質對豌豆發芽的影響
(一)說明:水分是植物生長所必須的條件,所以浸種也是培植豌豆苗的重要步
驟之一。經過水分浸泡過的種子,特別容易發芽,可見得水分應該
是可以刺激細胞增生與分裂。有介於此,我們很好奇想知道,如果
用不同的水質來浸泡豌豆種子,是否會影響種子的發芽情況。
(二)研究結果:
表 1:豌豆在不同水質中發芽數量的統計表
(1)發 (2)發 平均發
主要特性描述 發芽率
芽數量 芽數量 芽數量
成分包含了氧、二氧化碳、碳酸、
流動自來
礦物質(鈉、鉀、鎂、鈣)及消毒 93 93 93 93%
水
添加的氯等物質。
大西洋蒸 不含任何添加物可以直接飲用的
33 32 32.5 33%
餾水 純水。
成分與流動自來水相同,但為靜止
自來水 32 31 31.5 32%
的水
除去各種礦物質、微生物、細菌等
RO 水 12 10 11 11%
各種雜值的『純水』。
成分有碳酸氫根、氯離子、硫酸
地下水 14 13 13.5 14%
鹽、鈣離子、鎂離子、鈉離子等。
飲水機的
經過高溫煮沸後降溫的飲用水 9 9 9 9%
飲用水
鹽水 鹽度 3.5%的水 0 0 0 0%
不同水質對豌豆發芽的影響
圖 40:不同水質對豌豆發芽的影響
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- 14. (三)研究發現與討論:
1、由 2 位同學分別計算各種水質中 100 顆豌豆的發芽數量,再計算出平均
值,得出豌豆的發芽率,結果如表 1。
2、只有浸泡在流動自來水的豌豆,沒有種子腐爛,發芽率達 93%,其餘水
質中的種子,或多或少都發生腐爛,呈現泥糊狀,而且污染鄰近的種子,
發芽率都未達 50%(如圖 40)。顯示流動自來水比靜止的水(即使是蒸
餾水、RO 水等純水或是相同成分的自來水)更不容易孳生細菌使種子
腐爛而影響發芽,水質是否會孳生細菌是影響豌豆發芽的因素。
3、種子浸泡在各種水質後膨脹,只有鹽水中的種子,沒有脹大,可見鹽水
不容易被豌豆種子吸入,沒有水分的刺激,種子都沒有發芽。
4、實驗前我們猜測乾淨的水質,應該讓豌豆比較容易發芽,而自來水中有
氯氣,可能不利於豌豆發芽。結果卻顯示流動自來水浸泡的豌豆,發芽
率遠高於靜止的自來水,可見豌豆發芽與水質的成分並無明顯的關係,
水分只是刺激豌豆種子發芽的因子,成長的養分是來自於種子本身,而
不是吸收水中的養分。
14
- 15. 研究三:探討哪一種栽種介質適合豌豆苗生長
(一)說明:二年級時,我們曾經利用棉花種植綠豆。棉花使用後就丟棄,造成
資源浪費,我們思考著是否有其他材料可以重複使用,也能讓豌豆
生長,因此找到棉花、廚房紙巾、過濾棉、不織布、防滑墊、紗網
與 CD 盒底部打洞七種不同的介質來栽種豌豆,進行比較觀察。
(二)研究結果:
胚軸長 胚軸寬(mm)
胚軸長(mm) 胚軸寬
120 2.2
100 2.15
2.1
80
2.05
60 2
40 1.95
20 1.9
0 1.85
棉花 過濾棉 防滑墊 紗網 不織布 紙巾 CD盒孔洞
棉花 過濾棉 防滑墊 紗網 不織布 紙巾 CD盒孔洞
圖 41:栽種介質對豌豆苗胚軸長的影響 圖 42:栽種介質對豌豆苗胚軸寬的影響
胚根長(mm) 側根數(根) 側根數
胚根長
16
100
14
80 12
10
60
8
40 6
4
20
2
0 0
棉花 過濾棉 防滑墊 紗網 不織布 紙巾 CD盒孔洞 棉花 過濾棉 防滑墊 紗網 不織布 紙巾 CD盒孔洞
圖 43:栽種介質對豌豆苗胚根長的影響 圖 44:栽種介質對豌豆苗側根數的影響
莖重量(g) 維他命C(滴)
莖重量 維他命C
0.5 12
10
0.4 8
6
0.3
4
0.2 2
0
0.1
棉花 過濾棉 防滑墊 紗網 不織布 紙巾 CD盒孔洞
0
棉花 過濾棉 防滑墊 紗網 不織布 紙巾 CD盒孔洞
圖 45:栽種介質對豌豆苗軸重量的影響 圖 46:栽種介質對豌豆苗維他命 C 含量的影響
15
- 16. (三)研究發現與討論:
1、從圖 41~45 可知,塑膠材質的防滑墊、紗網與 CD 盒底部打洞等介質,
豌豆苗長的較高且胖,重量也比較重,是較佳的栽種介質。
2、棉花是介質中保水性最好的,但是採收時,種植的苗菜卻不是最高胖
的,而且發出了混合苗菜味與腐敗味的臭味,猜想應該是棉花中孳生
了細菌,影響了豌豆苗的生長。
3、豌豆生長在紗網上與 CD 盒洞中,根系都能深入下層 CD 盒中吸取水
份,完全伸展發育。
3、CD 盒洞中的苗菜,採收時快速方便,苗菜能保持完整;紗網中的苗
菜拔出時,因紗網網目較小,有時根系的側根較多,會被卡住或扯斷。
4、棉花、紙巾、不織布、過濾棉與防滑墊等介質上的豌豆苗根系,都糾
結成一團或與介質結合在一起,拔出苗菜時,根系會被扯斷,苗菜也
都糾纏在一起,需要花費許多時間小心的一一分開豌豆苗。
5、豌豆苗胚軸的長度愈長,胚根的長度也愈長(如圖 41、43) 。
6、整體而言,CD 洞中的豌豆苗,長得高、胚軸最寬,重量也僅次於紗網
與防滑墊,維他命 C 含量最高,生長狀況最佳,採收時也能保持豌豆
苗的健康完整,考慮到我們的研究需要測量整株豌豆苗的胚軸與胚
根,最後,選擇採收時,能保持豌豆苗完整無傷的 CD 孔洞,為這次
研究中豌豆苗成長的介質。
圖 47:以紙巾與過濾棉為栽種介質 圖 48:以不織布與防滑墊為栽種介質
圖 49:以紗網與棉花為栽種介質 圖 50:以 CD 盒孔洞為栽種介質
16
- 17. 研究四:探討不同重量重壓對豌豆苗生長的影響
(一)說明:曾經看書上介紹說,傳統的苗菜生產者利用大石頭壓在苗菜上面,
反而可讓苗菜長得「結實又粗壯」,因此我們嘗試在重壓逆境中,
觀察豌豆苗的長度、寬度、側根數、重量以及豌豆苗形態上的變化
並進而探討豌豆苗胚軸細胞的改變。
(二)研究結果:
胚軸長(mm) 胚軸寬(mm)
100 2.7
80 2.5
2.3
60
胚軸長 2.1 胚軸寬
40
1.9
20 1.7
0 1.5
0g 200g 400g 600g 800g 1000g 1200g 0g 200g 400g 600g 800g 1000g 1200g
圖 51:不同重量對豌豆苗胚軸長的影響 圖 52:重量對豌豆苗胚軸寬的影響
胚根長(mm) 側根數(根)
100 20
80 15
60
胚根長 10 側根數
40
20 5
0 0
0g 200g 400g 600g 800g 1000g 1200g 0g 200g 400g 600g 800g 1000g 1200g
圖 53:重量對豌豆苗胚根長的影響 圖 54:重量對豌豆苗側根數的影響
莖重量(g) 維他命C(滴)
0.6 12
0.5 10
0.4 8
0.3 莖重量 6 維他命C
0.2 4
0.1 2
0 0
0g 200g 400g 600g 800g 1000g 1200g 0g 200g 400g 600g 800g 1000g 1200g
圖 55:重量對豌豆苗軸重量的影響 圖 56:重量對豌豆苗維他命 C 含量的影響
(三)研究發現與討論:
1、圖 51 顯示重量愈重,豌豆苗胚軸長度愈短,胚根則沒有明顯變化(圖
53、54)。
2、如圖 52,壓重處理會促進豌豆苗胚軸變寬,尤其是 1000g 的重壓有顯著
的影響。
17
- 18. 3、豌豆苗的胚軸在壓重處理下,幼苗子葉上軸肥大,生長受抑制,顯得較
短、較粗 (圖 58)。
4、在胚軸的頂端處,對照組的胚軸頂端細瘦直立,而 1000g 實驗組呈現 S
形 (圖 59),而且圖形不是單一平面,是立體的。其它重物處理組 (200g、
400g、600g、800g、1200g),我們也發現相同的情形,胚軸頂端皆呈現粗
短且彎曲的情形。
5、從圖60、 61 我們發現對照組的胚軸切片,橫切面每一處的細胞大小幾
乎一致,但是在 1000 克重壓處理下左下側的細胞會長得特別大,其他重
物組的切片,幾乎也都有一側的細胞有相同的情況。
6、從圖 57 發現,當豌豆苗向上生長遇到阻礙時,會往旁邊朝向 CD 片與盒
子的縫隙方向生長,胚軸呈彎曲狀,甚至呈現伏倒狀態,對照組的豌豆
苗則長得直挺細長。
7、我們推論被重物重壓的豌豆苗那側,細胞生長的較大,導致豌豆苗胚軸
呈現彎曲狀,而且朝重壓壓力比較小的方向生長。
8、除了對照組胚軸與胚根的長度幾乎一樣長,約是 1:1 外,其餘實驗組
的根軸比約為 10:7,胚根長度約是胚軸長度的 1.4 倍,側根數也增加
了。推測應該是豌豆苗在重壓逆境下,為了能吸收更多水分,使根部長
得比較長,也形成更多的側根。
9、如圖 56 維他命 C 含量隨著重物的重量增大而增加,在 800 克重壓增加
後維他命 C 含量開始減少,但仍是比對照組多,顯示豌豆苗在重壓逆境
中,外在型態雖然改變了,所含的維他命 C 數量並未減少,反而增加。
所以我們認為豌豆在重壓逆境中不僅有外型的改變,生理及代謝反應也
可能有所調整。
A
圖 57:重物重壓下,豌豆苗的型態變化
18
- 20. 研究五:探討重壓頻率對豌豆苗生長的影響
(一)說明:從實驗研究四發現,重物重壓讓豌豆苗變得矮小又肥胖,尤其又以
1000 公克的重壓,效果最為顯著。但是我們很好奇,在豌豆的生
長期間,重物的重壓在何時影響了豌豆的生長,所以設計了重壓頻
率的實驗,以暸解重物重壓在何時發揮了其關鍵的影響力。
(二)研究結果:
胚軸長(mm) 胚軸寬(mm)
12 2.5
10 2
8
1.5
6 胚軸長 胚軸寬
1
4
2 0.5
0 0
隔1天 隔2天 隔3天 前2天 前1天 對照組 隔1天 隔2天 隔3天 前2天 前1天 對照組
圖 62:重壓頻率對豌豆苗胚軸長的影響 圖 63:重壓頻率對豌豆苗胚軸寬的影響
胚根長(mm) 側根數(根)
12 14
10 12
8 10
8
6 胚根長 側根數
6
4 4
2 2
0 0
隔1天 隔2天 隔3天 前2天 前1天 對照組 隔1天 隔2天 隔3天 前2天 前1天 對照組
圖 64:重壓頻率對豌豆苗根長的影響 圖 65:重壓頻率對豌豆苗側根數的影響
莖重量(g) 維他命C(滴)
0.5 8
0.4 6
0.3
莖重量 4 維他命C
0.2
0.1 2
0 0
隔1天 隔2天 隔3天 前2天 前1天 對照組 隔1天 隔2天 隔3天 前2天 前1天 對照組
圖 66:重壓頻率對豌豆苗胚軸重量的影響 圖 67:重壓頻率對豌豆苗維他命 C 含量的影響
20
- 21. (三)研究發現與討論:
1、對照組(不處理)的實驗結果如圖 62、63,豌豆苗的胚軸最長,最細。
其餘實驗組都能促進胚軸的肥大,以間隔 2 天的效果最為顯著。
2、各組胚根的長度與側根數都無明顯的差異。
3、胚軸的重量是對照組最重,但是維他命 C 的含量卻是最少的。我們推
測豌豆苗在重壓逆境中,會調節其生理或代謝反應,所以體內維他命
C 含量才會高於對照組的豌豆苗。
4、間隔 1、2、3 天的豌豆苗胚軸有輕微彎曲的現象,前 1、2 天重壓的豌
豆苗的胚軸也有彎曲現象,但是下半部彎曲較嚴重,胚軸呈現 L 型,
甚至採收前一天的豌豆苗還從其嚴重彎曲處斷裂(圖 68) 。
5、比較圖 62、63 可知,對照組的胚軸最長,最細,隔三天即第三天開始
重壓的豌豆苗胚軸長度最短,與對照組甚至相差達 7 公分之長。顯示
太早加壓會過分壓抑豌豆苗生長,我們推測,豌豆苗生長第三天是抑
制胚軸向上生長的關鍵期。
6、從表 2,我們也發現胚軸切片與不同重物重壓的觀察結果相同,對照
組的橫切面每一處的細胞大小約相同,但是在重物處理組幾乎都有一
側的細胞會長得特別大。
21
- 23. 表 2:不同重壓頻率處理下豌豆苗胚軸切片
組別 處理 不同重壓頻率處理下 不同重壓頻率處理下
方式 豌豆苗胚軸切片 豌豆苗胚軸切片局部放大圖
不處理
A 對照組
B 隔1天
C 隔2天
D 隔3天
E 前1天
F 前2天
23
- 24. 研究六:探討生長密度對豌豆苗生長的影響
(一)說明:
我們希望探討在生長空間逆境中,擁擠的壓力是否也會對豌豆苗的外
形與細胞造成改變,於是我們用生長面積為 120.7 平方公分,體積 1834.6
立方公分的百片 CD 盒,種植不同數量的豌豆,控制生長密度變因,觀察
豌豆苗是否也會因為擁擠的壓力而停止持續長高,改為橫向生長,增加胚
軸寬度降低胚軸長度。
(二)研究結果:
胚軸長(mm) 胚軸寬(mm)
115 2.3
110 2.2
105 2.1
胚軸長 胚軸寬
100 2
95 1.9
90 1.8
40顆 100顆 140顆 160顆 200顆 40顆 100顆 140顆 160顆 200顆
圖 69:生長密度對豌豆苗胚軸長度的影響 圖 70:生長密度對豌豆苗胚軸寬的影響
胚根長(mm) 側根數(根)
100 20
80 15
60
胚根長 10 側根數
40
20 5
0 0
40顆 100顆 140顆 160顆 200顆 40顆 100顆 140顆 160顆 200顆
圖 71:生長密度對豌豆苗胚根長的影響 圖 72:生長密度率對豌豆苗側根數的影響
莖重量(g) 維他命C(滴)
0.6 7
0.5 6
0.4 5
4
0.3 莖重量 維他命C
3
0.2 2
0.1 1
0 0
40顆 100顆 140顆 160顆 200顆 40顆 100顆 140顆 160顆 200顆
圖 73:生長密度對豌豆苗胚莖重量的影響 圖 74:生長密度對豌豆苗維他命 C 含量的影響
24
- 25. (三)研究發現與討論:
1、從圖 69 可知,密度愈大,胚軸愈短,可見擁擠的生長空間會抑制豌豆
苗胚軸的長度生長,但不會使胚軸彎曲,如圖 75。
2、生長密度每盒 140 株豌豆苗的胚軸最寬,數量再增加至 160 與 200 株
時,反而抑制胚軸的寬度,豌豆苗變得又矮又瘦。
3、維他命 C 含量則以 40 株與 100 株密度的豌豆苗含量最多。
4、豌豆苗胚根的側根數隨著生長空間愈擁擠,數量逐漸增加。我們推測
應該是豌豆苗間彼此競爭生長空間,為了吸收到較多的水份,所以增
加側根的形成。
5、各組豌豆苗的胚根長度都比胚軸長度短,根莖比是 7:10,可見擁擠的
壓力,並不會使胚根的長度變長。
6、不同生長密度的豌豆胚軸之切片標本中,細胞則無明顯的改變,我們
推測可能是豌豆苗不夠擁擠,所以細胞的變化較不顯著(圖 76、77) 。
圖 75:不同的生長密度空間,豌豆苗的胚軸型態
圖 76:生長密度 40 顆/盒的豌豆苗胚軸切片 圖 77:生長密度 200 顆/盒的豌豆苗胚軸切片
25
- 26. 研究七:探討創傷對豌豆苗的生長是否有影響
(一)說明:
記得以前上自然課種植豌豆時,偶然間發現剩下一半的豌豆,居然也
能發芽成長。因此設計了創傷處理的實驗,觀察浸種後發芽的豌豆,確定
豌豆的生長點位置,利用工具將生長點做不同程度的破壞,看看是否會影
響豌豆苗的生長。
(二)研究結果:
胚軸長(mm) 胚軸寬(mm)
120 2.5
100 2
80
1.5 胚軸寬(mm)
60 胚軸長(mm)
40 1
20 0.5
0
0
直切 橫切 十字切 刺10下 剖半 對照
直切 橫切 十字切 刺10下 剖半 對照
圖 78:創傷對豌豆苗胚軸長的影響 圖 79:創傷對豌豆苗胚軸寬的影響
胚根長
側根數(根)
100 15
80
10
60 側根數(根)
胚根長
40 5
20
0
0
直切 橫切 十字切 刺10下 剖半 對照
直切 橫切 十字切 刺10下 剖半 對照
圖 80:創傷對豌豆苗胚根長的影響 圖 81:創傷對豌豆苗側根數的影響
莖重量(g) 維它命C(滴)
0.5 8
0.4 6
0.3 莖重量(g) 維它命C(滴)
4
0.2
2
0.1
0 0
直切 橫切 十字切 刺10下 剖半 對照 直切 橫切 十字切 刺10下 剖半 對照
圖 82:創傷對豌豆苗胚莖重量的影響 圖 83:創傷對豌豆苗維他命 C 含量的影響
26
- 28. (三)研究發現與討論:
1、除了對照組所有豌豆苗都長得直挺外,實驗組的豌豆苗皆有彎曲的現
象。
2、剖半處理對豌豆的傷害最大,不僅胚軸最短最細,根部也是最短,側
根數最少,重量也是最輕的,胚軸長度甚至不到對照組的一半。
3、創傷處理下,豌豆苗的胚軸長度都比胚根長度長,只有刺 10 次的處理
下,豌豆苗的胚根比胚軸長度長。我們認為豌豆苗傷處部位大小不同,
豌豆苗適應逆境的調節方式應該也會不同,所以刺 10 次的豌豆苗根部
反應才會與其他的實驗組不同。
4、從圖 78、 79 可知,除了剖半的處理外,其餘實驗組與對照組的豌豆
苗型態差異不是很明顯,我們推測細胞變大是為了修補受傷的部位,
使得豌豆苗的外型狀況改變不大。但是創傷嚴重時,如剖半處理,豌
豆種子僅剩下一半,其生長情況就很差,豌豆苗幾乎無法測量重量。
5、各個實驗處理下,豌豆苗的胚軸長度曲線變化,幾乎與其重量的曲線
變化相同,反而是胚軸寬度相差不大,因此胚軸愈長的豌豆苗,重量
就會愈重。
6、表 3 顯示對照組的細胞從生長點處慢慢變大,因此細胞大小差異較少,
實驗組靠近生長點的細胞與距離較遠的細胞大小則差異極大,好像細
胞從生長點長出後,快速變大一般。
7、表 3 對照組的豌豆苗胚軸細胞是縱向排列,而創傷處理的豌豆苗胚軸
細胞則是輻射狀。我們推測豌豆苗在創傷逆境下,能改變細胞生長的
方向,因此細胞排列由縱向改為輻射狀,進而使受傷的部位復原。
陸、結論
一、我們利用回收的CD盒製成水耕容器,豌豆播種時,可以有適當間隔而不會
隨意滾動,根系從洞中往下生長,不僅生長健全且不糾結成團,採收時也很
方便快速,非常適合我們的實驗使用。
二、流動自來水浸泡的豌豆,發芽率高達 93%。豌豆發芽與浸泡水質的成分沒
有關係,水分只是刺激豌豆種子發芽的因子。
三、流動自來水比靜止的水更不容易孳生細菌,使種子腐爛,進而影響豌豆的發
芽率。
四、豌豆播種在塑膠製的栽種介質,生長情況良好。另外,考慮到研究需要測量
整株豌豆苗的胚軸與胚根,因此選擇採收時,能保持豌豆苗完整無傷的 CD
孔洞為豌豆苗成長的介質。
五、重壓逆境中,豌豆苗的生長情況有下列變化:
(一)胚軸會變寬,頂端子葉上軸肥大,生長受到抑制,顯得較粗短,且
呈現「S」形,而且此 S 形非單一平面,而是立體。
28
- 29. (二)胚根長得比胚軸長,也形成比較多的側根。
(三)被重壓的豌豆苗那側,細胞生長的較大,導致豌豆苗胚軸呈現彎曲
狀,而且朝重壓壓力比較小的方向生長,也就是朝向 CD 片與盒子
的縫隙方向生長,甚至呈現伏倒狀態。
(四)維他命 C 含量增加,因此豌豆苗的生理及代謝反應也可能有所調整。
六、重壓頻率對豌豆的生長,有下列影響:
(一)促進胚軸的肥大,呈現彎曲的現象,以間隔 2 天的效果最為顯著。
(二)太早加壓會壓抑豌豆苗生長,我們推測豌豆苗生長第三天是抑制胚
軸向上生長的關鍵期。
(三)豌豆苗會調節內部生理或代謝反應,所以體內維他命 C 含量高於對
照組的豌豆苗。
(四)有一側的細胞會長得特別大,造成胚軸有彎曲的現象。
七、生長密度對豌豆的生長,則有下列影響:
(一)擁擠的空間會抑制豌豆苗胚軸的長度生長,但不會使胚軸彎曲。
(二)擁擠的壓力使豌豆苗的胚軸變寬,但是密度過高時,每盒達 160 與
200 株豌豆苗,反而抑制胚軸的寬度,變得又矮又瘦。
(三)愈擁擠的空間,豌豆苗胚根的側根數愈多。
八、創傷逆境中,豌豆苗的生長情況如下:
(一)胚軸皆有輕微彎曲的現象,剖半處理對豌豆的傷害最大,胚軸最短
最輕。
(二)細胞有忽然變大的情形,我們推論是為了修補受傷的部位,使得豌
豆苗的外型改變不大。
(三)豌豆創傷部位不同,調節根部生長的方式也會不同。
(五)細胞排列由縱向改為輻射狀,修補創傷的部位。
九、綜合而言,豌豆苗在逆境中,胚軸會改變原本的外在型態,如變得肥大、頂
端彎鉤,抑制生長長度,呈現彎曲型等;胚根與胚軸的比例也會調整,並且
增加側根的數量,調節內部生理反應來適應惡劣的條件。豌豆因應這些逆境
所造成的外型變化,主要經由細胞的變大與改變排列方式來達成。
柒、研究心得與未來展望
在這次科展實驗中,我們不再只是從課文、圖片中學習知識,而是親身體會
到在逆境中,豌豆為了適應環境,改變型態發育,展現旺盛的活力。尤其是觀察
到組織細胞的細微變化,還有生長點遭受破壞,仍能發芽長根的強大生命力,還
有水分對發芽的刺激等等。豌豆的生長改變,以及對環境的靈敏度,似乎遠遠超
過我們所想像的。
未來,植物可能面臨各種類型的逆境,若能繼續研究豌豆成長至開花、結果
如何因應環境的變化,進而應用於農業耕作上,或許以後我們不用聞「颱」色變,
29