捕蝇草的喜与乐

捕蝇草的喜与乐 捕蠅草的喜與樂 一、研究動機, 回想當年看侏儸紀公園這部電影時,令我印象最深刻的是 〝生物自有本能,他們會尋找自己的出路〞。又當老師在上『形 形色色的生物』時告訴我們〝生物通常都有其特殊的構造和功能 以適應周圍的環境〞。例如,捕蟲植物藉著捕食昆蟲,以獲得含 氮的養分,來適應土壤貧瘠的環境。如果土壤環境改變了捕蟲植 物如何應變呢,在『植物的感應』章節裡,我們學到了含羞草的 「觸發作用」,直接讓我們聯想到是否補蠅草也是利用這樣的方 式來補蟲呢,在老師的鼓勵下,我們展開了一系列的實驗,甚至 借用臺中榮總與彰師大的實驗室進行研究討論,希望長期實驗的 結果,可滿足我們的好奇心。 二、研究目的, ,一,了解捕蠅草的身世。 ,二,捕蠅草外觀特性的觀察研究。 ,三,影響補蠅草生長的探討,研究日照、溫度及肥料因子。 ,四,捕蠅草的消化研究。 ,五,從解剖學的觀點來探討捕蠅草的內部構造。 ,六,剖析捕蠅草的捕蟲原理。 三、研究設備器材,略 四、研究過程與方式, ,一,了解捕蠅草的身世,由文獻閱讀而整理之， ,二,捕蠅草外觀特性的觀察研究,由文獻閱讀並且日常觀察捕 蠅草各部構造而紀錄之， ,三,影響補蠅草生長的探討,研究日照、溫度及肥料因子。 取捕蠅草27盆,細心照顧一個月後,以3盆為一組,分別以下列處理進行實驗,紀錄捕蠅葉的幼苗生長情形。 1.日照的影響, 正常日照組,於自然環境中,給予陽光完全照射的處理。 半日陰組,於自然環境中,給予陽光半遮照射的處理。 全日陰組,放置於室內,於觀察、紀錄及拍照時給予 燈光照射外,其餘皆不照光。 2. 溼度的影響, 加蓋透明罩組。 未加蓋透明罩組,濕度為空氣中的溼度。 3.溫度的影響, 高溫組,我們以25?~30?為範圍來測定。 低溫組,我們以12?~15?為範圍來測定。 4.肥料的影響, 有機複合肥料1。 有機複合肥料2。 對照組。 ,四,捕蠅草的消化研究。 1.餵食生肉、熟肉、生蛋、熟蛋、生豆與熟豆的消化時間 與生長情形, 取捕蠅草12盆,細心照顧一個月後,以2盆為一組, 選擇補蠅葉成熟後5天的補蠅草分別餵食生肉、熟肉、 生蛋、熟蛋、生豆與熟豆,每個各約0.007克,觀察捕 蠅草的變化、消化時間與紀錄捕蠅葉的幼苗。 2.食物消化的檢定,探討消化液的化學性質, 酸鹼度,以石蕊試紙來測定。 消化液中蛋白質的測定,利用驗尿試紙來測定。 ,五,從解剖學的觀點來探討捕蠅草的內部構造。 1.利用解剖顯微鏡觀察捕蠅草的各部外觀構造與形態。 2.撕下補蠅草的表皮細胞於光學顯微鏡下觀察。 3.利用石蠟切片法,於光學顯微鏡下觀察, ,六,剖析捕蠅草的捕蟲原理, 1. 物理式觸碰的研究觀察, 2. 探討影響捕蠅葉閉合的因子, 3.利用組織切片來觀察捕蠅草葉子閉合與張開時的差異,解 釋捕蠅草的捕蟲原理。 五、研究結果, ,一, 了解捕蠅草的身世。 1.原產地生長環境, 原產於北卡羅來那州與南卡羅來那州及美國佛羅里達州 的潮濕多苔地。屬於典型的大陸型氣候,夏天炎熱,冬 天寒冷,日夜溫差大。 2.捕蠅草的名稱及分類上的地位, 界名,植物界 門名,維管束植物門 綱名,雙子葉植物綱 目名,瓶子草目 科名,茅膏菜科 屬名,捕蠅草屬 中文名,捕蠅草 英文名,Venus Flytrap 學名,Dionaea muscipula ,二, 捕蠅草外觀特性的觀察研究。 1.根,根系短,不甚發達,僅供吸收水分之用。 2.莖,莖不顯著,長大過程中,地下鱗莖逐漸發育。 3.葉,葉子輪生在短莖上,每枯一片葉,即生長出1~2片 新葉代替。 捕蠅葉,位於葉柄末端,是葉子的變形物,以中肋 分為兩片,如貝殼形,打開時的角度約15~80 度,但若老化,常擴張甚至超過180度。 a.無柄腺,通常紅色,越靠葉緣無柄腺越少,可分 泌消化液分解食物,也可吸收養分。 b.分泌腺,靠近刺毛基部,顏色較綠,可分泌黏液 負責葉片的粘合,以防止消化液的流失 與昆蟲逃脫。 c.刺毛,位於兩裂片邊緣,一般有14~21根,在葉 子閉合時,緊相扣合,不相碰撞,以防昆 蟲逃逸。 d.感覺毛,位於兩裂片內,各有3~5根尖銳小突 起,一般為倒三角形排列,長約 0.5~1mm,寬約0.1mm,呈圓錐形。當 葉子轉紅時,感覺毛也逐漸轉紅且粗, 它沒有輸導組織,也非腺性組織,但確 有發達的感覺功能。 e.中肋,是葉子中的輸導組織,可通達到捕蠅葉的 邊緣。 ,三, 影響補蠅草生長的探討 1.捕蠅草的生長過程,如圖一。 捕蠅葉的幼芽先冒出,1,,隨後葉片再慢慢由基部長出 來,2,,逐漸生長後,3-4,,捕蠅葉的刺毛漸漸形成而 伸展開來,6-8,,成熟後由閉合的捕蠅葉漸漸打開,9,, 同時內部的無柄腺漸漸形成而逐漸轉紅,10,,感覺毛 的構造顯而易見,10,,之後刺毛逐漸轉紅,11,,此時 正是捕蠅草的壯年期,約5-7天後由刺毛基部逐漸枯萎 而死亡,12,。 2.研究日照、溫度及肥料因子, 陽光對捕蠅草生長的情形 正常日照組8 半日陰組7 全日陰組6 5 4 3幼苗生長長度 2 1 0 1234567891011121314151617 實驗天數( 濕度對捕蠅草幼苗生長情形 加蓋透明罩組7 未加蓋透明罩組6 5 4 3 幼苗生長長度 2 1 0 1234567891011121314151617 實驗天數( 溫度影響補蠅草生長的情形 高溫組8 低溫組7 6 5 4 3幼苗生長長度(mm) 2 1 0 1234567891011121314151617 實驗天數(日) 肥料對補蠅草生長的影響 12 有機肥料1 10有機肥料2 對照組 8 6 幼苗長度 4 2 0 123456789101112131415161718 實驗天數 ,四, 捕蠅草的消化研究。 1. 餵食生肉、熟肉、生蛋、熟蛋、生豆與熟豆的消化時間與 特殊情況, 平均消 特 殊 情 況 備 註 化時間 生肉 4.5天 消化後,捕蠅葉打開只有少許殘餘,大部如圖二 分均消化完全。 之1 熟肉 2天 餵食2天後,有3個捕蠅葉打開,但均無如圖二 消化現象,另外的兩個捕蠅葉則10天後之2.3 枯萎。 生蛋 6.5天 餵食後在捕蠅葉上有水滴狀現象出現,消如圖二 化後均無殘餘物,但有一個捕蠅葉枯萎。 之4.5 熟蛋 10.4天 餵食後6天後刺毛上有霉菌在其上附著,如圖二 消化後則留下約50,的殘餘物。 之6.7 生豆 2.5天 餵食後2.5天後,有4個捕蠅葉已打開,如圖二 但均無消化現象。 之8 熟豆 2.7天 餵食後2.7天後,有5個捕蠅葉已打開,如圖二 但均無消化現象。 之9 3.餵食生肉、熟肉、生蛋、熟蛋、生豆與熟豆的生長情形, 捕蠅草幼苗生長情形 生肉組 生蛋組12 生豆組 熟肉組10 熟蛋組 熟豆組8 對照組 6 幼苗長度(mm) 4 2 0 123456789101112131415161718 生長日數(天) 2.食物消化的檢定,探討消化液的化學性質, 酸鹼度,可使藍色石蕊試紙變紅色,證明消化液為 酸性。 消化液中蛋白質的測定, 可使驗尿試紙中驗尿蛋白的試紙不變色或變成些 許黃綠色,而檢測尿糖的試紙不變色。 ,五, 從解剖學的觀點來探討捕蠅草的內部構造。 1.解剖顯微鏡的觀察如圖三。 2.補蠅草的表皮細胞的觀察如圖四。 3.組織切片的觀察如圖五。 ,六, 剖析捕蠅草的捕蟲原理。 1.物理式觸碰的研究觀察, 由多次試驗的結果,必須觸碰到補蠅葉上的感覺毛才會 使補蠅葉閉合。 2.探討影響捕蠅葉閉合的因子, 細霧狀水氣、略強的風或震動均可使補蠅葉閉合,但若 將補蠅葉整株浸於水中則不會使其葉閉合。有趣的是, 若餵食非食物類則補蠅草仍會閉合且不會分泌消化液, 1-2天後及打開。 3.利用組織切片來觀察捕蠅草葉子閉合與張開時的差異, 解釋捕蠅草的捕蟲原理,此部分遇到瓶頸， 六、結論與討論, ,一,全世界約有五百多種植物是食肉的,有毛膏菜科、瓶子草 科、狸藻科等,補蠅草是食蟲植物的代表,自古就享有盛 名。目前卡羅萊納州已特別將其歸類為應予保護的植物之 一。在台灣不屬於原生種,花農一般都是用鱗莖或是組織 培養的方式來繁殖。捕蠅草和毛氈苔、豬籠草與瓶子草的 捕蟲方式迥然有異,它對外界的反應,是植物界中最快速 的一種。 ,二,捕蠅草的分類地位與生態席位, 食蟲植物皆可分泌酵素將捕捉到的昆蟲消化後再吸收,頗 有原生菌類的特性,但是食蟲植物具有葉綠體與細胞壁, 且可開花並產生種子,故分類上應屬被子植物。另一方 面,由組織切片可發現在尚未成熟的補蠅葉中有保衛細胞 的出現,而成熟葉中則無,可知保衛細胞讓空氣的進出, 使植物行光合作用仍是補蠅草發展過程中重要的養分來 源,在生態上仍屬生產者。 ,三,補蠅草生長的秘密武器,日照、溫度及肥料, 一般植物在較高溫的夏季,由於酵素的作用細胞會蓬勃發 展,補蠅草也不例外,但是日照與溼度的影響對補蠅草的 生長更為重要。由我們的實驗可看出半日照與加蓋保持溼 度的補蠅草較健康茁壯,乃因其根系較不發達,需特別保 濕。另外在肥料的實驗中,我們發現補蠅草栽培時不需特 別施肥,過多的肥料甚至會使植物死亡。 ,四,捕蠅草的消化, 由餵食不同食物來看,補蠅草較不喜歡熟食,我們認為最 有可能的原因是,蛋白質加熱變性後,補蠅草的消化液不 易分解而拒絕消化它。有趣的是不管生食或熟食補蠅草都 不喜歡豆類食物,可能的原因是補蠅草分泌的消化液中缺 乏分解細胞壁的酵素,否則補蠅草可能會把自己的細胞都 消化掉了， 在消化液的研究中,補蠅草分泌的消化混合液屬於酸性, 很類似人體胃部的消化環境,酸性的環境讓大分子的蛋白 質變性,使蛋白質的四級結構分開成三級或二級結構,有 利於蛋白脢的作用。而在驗尿試紙的測定中,只願出一點 點的蛋白質或甚至沒有蛋白質的出現,最有可能的原因 是,捕蠅葉內的食物已被分解而吸收,所以測不出蛋白質 的出現,而所測得的蛋白質很有可能是分解蛋白質的酵 素。 ,五,捕蟲葉從閉合到打開,需要多少時間, 1. 人為因素造成,約1~2天即打開。 2. 捕食行為造成,需經消化、吸收到葉子打開,約需4~13 天。 3. 餵食非含氮食物,約2~4天即打開。 ,六,一片葉子可有多少次閉合動作, 1. 人為因素造成,約5~6次的開閉動作,會消耗他的能源 而弱化。 2. 捕食行為造成,約2~3次的使用即枯萎。 七、未來展望, ,一,由補蠅草分泌消化液分解食物的實驗,可提供國中教材一 個很好的例子來說明人體胃部的消化作用,並可親自觀察 與體會， ,二,在補蠅草表皮細胞的觀察中,我們發現補蠅葉的下表皮非 常容易撕下,且有非常多的保衛細胞,明顯而易辨別,可 提供國中教材一個非常好的材料來觀察保衛細胞的實 驗,可取代現有教材中的紫背萬年青,乃因紫背萬年青下 表皮的保衛細胞不易尋找， 八、參考資料, (一) 目擊者叢書,食蟲植物介紹。 (二) 中華兒童百科全書,食蟲植物。 (三) 自然圖書館,捕蠅草的捕蟲過程。 (四) 大華百科全書,食蟲植物。 (五) 青少年百科全書,食蟲植物。 (六) 台灣花卉實用圖鑑,食蟲植物。 (七) 觀葉植物與多肉植物,捕蠅草的栽培要訣及植物型態。 (八) 植物解剖學,研究。