原文刊登/國中校園特刊 SEP 2024 | 4版 話題肥皂箱
當我們想到呼吸，通常會聯想到人類和動物。但其實，植物也會呼吸！本月國中校園特刊帶你探索植物如何利用光能和氧氣，維持自身的生存與成長。從葉綠體到粒線體，了解植物細胞內的「小型發電廠」如何運作，並揭示植物在貯藏過程中的呼吸秘密。讓我們一起揭開植物世界的神秘面紗，看看它們如何在我們看不見的地方默默工作，為地球提供生命的能量！
所謂「光合作用」，是指植物吸收光能產生養分的過程。植物會從空氣中吸收二氧化碳，並透過根部吸收水分，再利用太陽光的能量，將水和二氧化碳轉化成葡萄糖、氧氣和水。因此，地球上的森林是大氣中氧氣的重要來源，有助於保持大氣中的氧氣濃度，並控制二氧化碳的含量。
植物需要氧氣嗎？
其實，植物也需要氧氣才能生存。一般動物會從食物中攝取碳水化合物（醣類）等養分，透過細胞「呼吸作用」（Cellular respiration）獲得氧氣，經由細胞將養分氧化分解，然後產生水、二氧化碳和能量（ATP）；而植物行光合作用可自己產生養分，其細胞再透過呼吸作用消耗氧氣來分解養分，然後產生能量和水，並釋放出二氧化碳。因此呼吸作用不僅僅是「呼吸」，也是生物細胞產生能量的過程，用於維持生物體內各種生理代謝活動。
不過，植物只有在白天有光時，才能行光合作用，但呼吸作用卻是全天 24 小時都在進行。植物沒有專行呼吸的器官，它們和外界的氣體交換，是經由葉片的氣孔、莖部的氣孔或皮孔，以及根部的表皮細胞進行。大多數陸生植物根部若浸水過久，就會因缺少氧氣使細胞無法進行呼吸作用而死亡。
葉綠體和粒線體的功能
一般而言，動物細胞主要由細胞核、細胞質、細胞膜、液胞（又稱液泡）和粒線體所組成。植物細胞的主要組成則為細胞核、細胞質、細胞膜、液胞、粒線體和細胞壁，有些細胞具有葉綠體，如：葉肉細胞、保衛細胞。葉綠體和粒線體位於細胞質，是細胞中兩種重要的胞器，在生物體的能量轉換和養分轉換中扮演著關鍵角色。其中，葉綠體負責進行光合作用，將光能轉化為化學能，並製造出養分（如：葡萄糖）和氧氣。粒線體則負責細胞的能量產生，透過呼吸作用將養分（如：葡萄糖）分解成二氧化碳、水和能量（ATP）。
粒線體就像無數的小型發電廠，為生物體的細胞提供動力，因而有「細胞發電廠」之稱。它能提供細胞生存所需的能量，所以又被稱為「細胞能量工廠」。
▲植物細胞利用光能經過一連串化學反應產生養分，供動植物的粒線體產生能量。
蔬果採收後仍會呼吸
秋冬季節，中國北方農民有在 2至 3 公尺深的地窖（菜窖）中儲存馬鈴薯、蘿蔔、白菜等蔬菜的習慣。不過，人們進入空氣不流通的菜窖時，容易發生缺氧窒息的現象，那是因為蔬果採收後仍會進行呼吸作用，所以菜窖裡的二氧化碳含量很高，若不先通風就冒然進入，會有缺氧窒息的危險。
植物的呼吸作用跟農產品的貯藏有著密切的關係，通常在蔬果採收後的貯藏過程中，一方面要讓蔬果的呼吸作用持續進行，才不易變質；另一方面又要使呼吸作用盡量減弱一些，以減少消耗其營養物質。所以，人們給予適當高濃度的二氧化碳與低濃度的氧，能有效抑制蔬果的呼吸而延長可貯藏的時間，有利保鮮。
本文原文刊登《國中校園特刊 SEP 2024》，本刊物是專為5-9年級設計的素養刊物
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