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99科展词欢喜来&辩耻辞迟;豆&辩耻辞迟;阵-探讨逆境压力对豌豆生长的影响
- 1. 作品名稱：歡喜來「豆」陣~探讨逆境压力对豌豆生长的影响 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. 搅拌棒 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、製作步骤： （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）探讨不同栽种介质对豌豆苗生长的影响之实验步骤 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）探讨重压频率对豌豆苗生长的影响之实验步骤 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
- 9. 圖 27、分離豌豆幼苗之胚軸、胚根 9
- 10. 2、观察豌豆幼苗胚轴横切之显微摄影 (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
- 12. 圖 36：根系從洞中伸出，生長健全 圖 37：豌豆苗採收快速，又能保持完整 圖 38：每株豌豆苗都完整無缺 圖 39：水耕容器中，豌豆苗生長情形 12
- 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 13
- 14. （叁）研究发现与讨论： 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. （叁）研究发现与讨论： 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 （叁）研究发现与讨论： 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
- 19. 圖 58：不同重量重壓實驗組與對照組的豌豆生長情況 圖 59：不同重量重壓，豌豆幼苗胚軸頂端型態變化 圖 60：對照組 0 克的胚軸切片 圖 61：重壓 1000 克的豌豆胚軸切片， 左下側細胞比右上側細胞大 19
- 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. （叁）研究发现与讨论： 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
- 22. 圖 68：重壓頻率下，豌豆苗型態變化 22
- 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. （叁）研究发现与讨论： 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
- 27. 表 3：不同創傷處理下，豌豆苗的胚軸切片 組別 破壞 圖解 胚軸切片圖 胚軸切片圖細部 方式 A 不處理 對照組 B 十字切 C 橫切 D 剖半 E 直切 F 刺 10 下 27
- 28. （叁）研究发现与讨论： 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
- 30. 擔心蔬果大漲價了。另外，利用豌豆對逆境會產生外型的變化、生理生化的改變 作為基礎，也可以發展一些監測方法以檢定植物的健康狀態。 捌、參考資料 郭俊毅（民 75）。豌豆芽生產技術。台中區農推專訊 58 期。 柯勇（2002）。植物生理學。台北：藝軒出版社。 第 45 屆中小學科學展覽會作品說明書（民 94）。綠豆芽增肥計畫。 中小學科學展覽會作品說明書。C 很重要。 30