植物叶片温度测量方法

1 胖子瘦子体温大不同胖子瘦子体温大不同 叶片厚薄和叶温的关系叶片厚薄和叶温的关系 一 研究动机 前言 去年 学长们以 马齿苋的睡眠运动 为题参加科 展 当时我们也参与其中 一起实验 研究等等 当时为了探讨睡眠运 动是否可以减少体温散失 我们用自行设计的热敏电阻温度计去探测叶 温 发现植物的体温是很有趣的主题 所以今年我们深入这个主题 想 了解植物体温的各种现象及原理 在生物课本第五章我们学到了动物有一套体温调节的方法 适应环 境变化 那么植物是否也有类似的反应 我们知道出汗会带走体温 那 么植物的蒸散是否也可以降温呢 这些疑问 让我们开始了此次研究 二 目的 一 探讨叶温变化的模式 在适温 高温 低温下的变化情形 二 探讨叶的形态和叶温的关系 叶面积 cm2 g 气孔数 个 cm2 开放比 开放个数 总气孔数 三 探讨蒸散作用和叶温的关系 1 不同温度下的蒸散量及叶温的关系 2 阻碍蒸散对叶温的影响 三 材料器具 一 材料 选择叶片质地相同但厚度不同的叶片 厚叶植物以石莲花 为代表 薄叶植物以凤仙花为代表 鳳仙花 Impatiens tatemonii石蓮花 Echeveria sp 123 RDGEVHEEEEEbbEcheveri a sp Echeveria sp Echeveria sp 2 二 器具 1 叶温测量 六线热电偶温度纪录器 2 蒸散量测量 将电子式温湿度计之温度传感器 SENSOR 取出 接上连 接线 做成 SENSOR 可接近特定部位的湿度计 3 其他 透明指甲油 复式显微镜 生长箱 四 原理 身體的熱身體的熱 熱的產生熱的產生 熱蒸散熱蒸散 幅射 幅射 傳導 傳導 其中尤其以蒸散 热的变化最大 影响体温也最大 而蒸散热和体内水量 体表面积及外 界温度湿度关系密切 所以我们从叶子的表面积 气孔面积及改变环境 温度等方向 找出他们和叶温的关系 五 方法步骤 一 叶温测量 将两种植物放在相同的条件下 定温 生长箱 温度 25 室温 阳台 各 选取一片叶片 将叶片和光源 风扇的距离 角度调整到相似地步 凤 仙花以 A 代表 石莲花以 B 代表 将热电偶线用透明胶带固定在下表皮 靠近叶片中央部分 开启纪录器 连续纪录 48hr 另将凤仙花及石莲花 之叶片摘下 以 A B 代表 同时测量下表皮的温度作为对照 所有实验重 复三次 求平均值 二 蒸散量测定 将待测叶片以 7cm 10cm 0 01cm 之塑料袋套住 并将 SENSOR 置于袋中间 先纪录初始湿度 X 5 分钟后纪录湿度的改变 如湿度由 50 变为 70 则以 20 表示蒸散量 三 叶面积 cm2 g 将待测叶片选中段部分 以刀片切下迅速用天秤 秤出重量 再用 描图 方式 算出叶面积 求出 cm2 g 4 气孔数 个 cm2 气孔开放比 开放个数 总气孔数 用透明指甲油于叶片之待测部位 涂上薄薄一层膜 待干后以针挑下薄 3 膜置于已滴一滴水之载玻片上 保持平整 盖上盖玻片 成玻片标本 将此玻片标本置于复式显微镜下检查气孔数 利用测为气量出每一视野 的面积再除以气孔数 得到 个 cm2 总气孔数除以开放之气孔数得到 开放比 开放个数 总气孔数 溫度計溼度計 葉溫測量溼度測量 4 实验一 叶温变化的模式 一 步骤 1 选取适当的叶片分别标为 A B A B 另一组 C 为室温 连 上热电偶线 2 将植株移入生长箱 箱内温度分别调为 25 35 10 3 开动温度纪录器 连续纪录温度 48 小时 二 结果 以下数据 A 代表正常的凤仙花 A 代表摘下的凤仙花 B 代表正常的石 莲花 B 代表摘下的石莲花 1 25 16200040812162000040812 A23 1 22 3 22 3 22 3 22 3 22 0 22 3 22 0 22 2 22 3 22 2 22 5 A 22 6 22 3 22 6 22 3 22 3 22 5 22 6 22 2 22 3 22 3 22 3 22 5 B23 9 23 4 23 5 23 6 23 6 23 4 22 7 22 3 22 4 22 5 22 5 22 7 B 22 6 22 3 22 6 22 3 22 3 22 5 22 6 22 2 22 3 22 3 22 3 22 5 C24 1 23 9 23 9 24 0 23 9 24 3 24 3 23 8 23 9 23 9 23 9 24 4 2 35 16200040812162000040812 A33 8 34 2 34 0 34 1 33 9 33 9 33 9 33 9 34 1 34 0 34 2 34 3 A 34 0 34 3 34 2 34 6 34 7 34 7 34 3 34 3 34 3 34 3 34 8 34 7 B33 7 34 1 33 9 34 1 34 2 34 2 34 0 34 0 34 0 34 0 34 3 34 4 B 34 3 34 4 34 3 34 5 34 7 34 7 34 3 34 4 34 4 34 4 34 6 34 6 5 3 10 16200040812162000040812 A9 811 2 10 9 9 811 8 10 7 9 911 2 11 0 10 0 9 810 8 A 11 5 12 0 11 2 11 3 12 6 11 8 11 5 12 1 11 9 11 8 11 2 11 6 B10 8 11 2 11 3 10 6 11 7 11 2 10 7 11 3 11 7 10 9 10 3 11 2 B 11 3 11 2 11 6 11 0 11 9 11 5 11 3 11 3 11 2 11 2 10 8 11 2 图一之图一之 1 1 在定温 25 度 环境下叶温变化模式 图一之图一之 2 2 在定温 35 度 环境下叶温变化模式 定溫 25度 時葉溫變化 20 5 21 21 5 22 22 5 23 23 5 24 24 5 25 00 0008 0016 0000 0008 0016 00時間 溫度 鳳仙花 石蓮花 對照組 生長箱 定溫 35度 時葉溫變化 33 33 5 34 34 5 35 162004812162004812 時間 溫 度A A B B 6 图一之图一之 3 3 在定温 10 度 环境下叶温变化模式 三 讨论 1 在适温的情形下 1 摘下的凤仙花和石莲花叶温曲线几乎重迭 A B 而且比室温低 约 1 5 即两种叶片材质相似 处于一稳定环境热度传导相似 2 凤仙花在放入生长箱 4 小时内 叶温即降到比室温低约 1 5 此后 一值维持这个温度 而且正常组和摘下组也几乎相同 即凤仙花的 叶温随气温快速变化 3 石莲花正常组的温度高于摘下组 B B 但低于室温 放入生长箱 的前 16 小时正常组比摘下组高 1 左右 之后则两组曲线接近 表 示石莲花随气温改变体温的速度较慢 2 在高温的情形下 1 两种植物的摘下组温度曲线仍相当吻合 A B 表示确为材质相 近的叶片 2 正常组比摘下组低约 0 5 度 A A 即叶片有降低叶温的现象 3 正常组叶温 白天时 凤仙花叶温低于石莲花 AB 表示凤仙花在白天时 有降低叶温的活动 推测为气孔开放 增加蒸散的附带效应 所以将观察气孔开闭及蒸 散量来证实 定溫10度時葉溫變化 8 9 10 11 12 13 16200481216200 時間 溫度 A A B B 7 3 在低温的情形下 1 摘下组的凤仙花高于石莲花 A B 而且比生长箱温度高 这是 首次出现两条曲线不吻合的情形 表示在低温下两者散热情形不 同 且石莲花叶片材质散热较快 2 正常组凤仙花比摘下组低 1 5 AB 经思索实验过程 发现做这 个实验时 为了固定电偶线的方便性 变通为只将凡士林涂在上表 皮 而测量下表皮叶温 可能使原来应从上表皮蒸散的水分 改从 下表皮蒸散 使下表皮蒸散量反而增加 造成叶温下降 之前我们 在练习实验技术时 也曾涂下表皮而测上表皮叶温 也发现有叶温 下降的现象 2 蒸散量变化 1 在 25 时 白天凤仙花单位面积的蒸散量约为石莲花的数十倍 清晨时差距较小 这证明我们在叶面积 气孔数测量后所做的推 论是正确的 凤仙花因叶面积 气孔数多 蒸散量一定远大于 16 石莲花 凤仙花白天的蒸散量大于夜晚 石莲花则白天蒸散量略 低于傍晚 这结果也符合前面对气孔开闭的观察 2 由于实验时还未借到生长箱 只好用照光的方式提高温度 意外 发现石莲花在照光 6 小时后 正好是夜晚 24 时 此时气孔是开放 的 判断蒸散应该很旺盛 测量结果蒸散量反而降低 我们推断 照光也许使气孔闭合了 经检查气孔发现确实已闭合 原来石莲 花的气孔在晚上开放不是规律性而是受光线操控的 同时更证实 气孔开放对蒸散的影响力 3 在下表皮涂上凡士林后蒸散量都降低了 可知下表皮确为水分蒸 散的主要场所 未涂凡士林的凤仙花在照光后 蒸散作用快速进 行 在 2 分钟内即已超过湿度计能测量的最高湿度 而在照光 18 小时后蒸散反而降低了 推测是叶内含水量已降低 不利蒸散进 行 4 两种植物的蒸散量都是 35 时大于 25 表示高温使蒸散加速进 行 凤仙花在放进 35 箱内 6 小时后 即呈现叶片下垂的现象 经 补充水分 4 小时后 又恢复原来的样子 而她的蒸散量也快速增 加 水分在凤仙花体内快速运输移动 5 10 时石莲花的叶温蒸散量变化都超出我们的假设 我们原来假 设在叶片上涂凡士林可减少水分蒸散 所以叶温应较高 这个假 设对其他几个实验都符合 只有此组 蒸散量增加叶温也下降 我们很难解释这个结果不知是否实验时的错误 3 其他 1 本来我们设计用相同大小的塑料袋 套住待测的叶片 测量 5 分 钟内蒸散出来的水气 但是实作之后发现一片石莲花在 5 分钟内 蒸散出的水量极微少 甚至看不出湿度的变化 所以改为多片石 莲花 一整株约为 14 片 一起测量 而以单位面积单位时间内 水量的改变来表示 2 使用改装的电子式湿度计来测蒸散量能很方便准确快速得到结果比 17 氯化亚钴好用得多 五 结论 一 凤仙花的叶温和气温差距小 而且叶温变化速度大 高 温时叶片具有蒸散作用 以降低叶温 低温时则不具升高叶温 的现象 所以凤仙花应适合温暖有水的环境 不适合干燥或低 温地区 二 石莲花的叶温和气温差距较大而且叶温上升下降速度较 小 三 叶片越薄 表面积越大 吸热散热速度越快所以体温变 化大 所以石莲花叶温变化比凤仙花快 凤仙花的气孔只位于 下表皮 气孔数多而且于白天开放 石莲花气孔分布于上下表 皮 气孔数少而且于夜间开放 或在照光时闭合 此种植物较 能节省水分适合生存于干旱地区 四 薄叶植物比厚叶植物蒸散量大 蒸散看似浪费水份但植 物需藉蒸散作用以降低叶温 维持正常机能 所以蒸散作用在 生理上有重要意义 五 在上次科展中 我们以克难的方式发展出用热敏电阻测 叶温的方法 竟意外引起农试所黄博士的兴趣 并主动提供更 好用 精密的的热电偶温度记录器 所以我们才能更进一步对 叶温作探讨 这种热心指导后辈 资源共享的精神与做法真是 令人感动 上次的实验中我们曾经利用氯化亚钴试纸来测蒸散