教學內容請至新網站

所有跟教學直接相關的文章都移到
阿梅的生物圈一號
包含教學計劃、講義及投影片。
陸續新增中喔!

2008年5月24日 星期六

20080507生物多樣性校園生物調查研習


期待已久的校園生物調查研習終於來臨了。
不是去墾丁,不是去蘭嶼, 究竟為何有這麼大的吸引力呢

那就是英俊又瀟灑的王震哲老師要來演講~~~
王老師是阿梅大學時代的最帥氣老師,隔了這麼多年,再見老師還是這麼玉樹臨風。

仔細想想,好像還沒有聽過老師的正式演講。這次老師的演講果然是精彩萬分,完全就是老師的風格,仔細而吸引人。

以下是老師演講的筆記。
-------------------------------------------------------------------------------


一、生物多樣性在新課綱中的重點並不是教分類,而是體認式的。比如市場中的生物學。以此來看校園生物調查應該是實踐式的。

二、校園植物的觀察不是調查。
觀察是相對容易的,也是研究的起點。觀察可以簡單可以複雜。
動物有很多的行為可以觀察,也是容易覺得有趣的。而植物則需要仔細而廣泛的觀察比較,才能看到植物的交互作用、生殖、 消長、生態等面向。如榕果小蜂。

三、植物的觀察並不是只有認識名字而已,而是著重觀察構造及功能的呼應。
例1 桑椹
一般所吃得桑椹是多花果,但並不是桑椹上的每一粒都是由子房發育而來的果實。因為桑的雌花子房外還有五個花被,會隨子房一同發育;也就是說每一粒小果實會由五個花被發育的肉質構造包圍。

例2杜鵑
杜鵑的花並非真正的輻射對稱,在下側的花瓣上有蜜腺導引,在昆蟲的視覺看來,就像指標一樣標示出蜜腺的位置。還有什麼花是這樣的呢?

而杜鵑的花藥是頂孔開裂,所以花粉並不能像花藥縱裂的百合一樣,從花藥中"掉落"到柱頭上。杜鵑的花粉會彼此黏成一串,昆蟲沾粘到時,可以成串的拉出來,這就牽涉到花粉的散佈方式。

例3台灣欒樹
台灣欒樹英文名字叫做golden tree,因為開花時整樹金黃而得名。花落時是整朵掉落,連同雌雄蕊一起,這樣一來,哪來的果實呢?

原來台灣欒樹掉落的花其實是雌蕊退化的花,是負責吸引昆蟲的,另外有雌蕊完整的花負責孕育果實。這樣一來一個花序中,雌蕊退化及雌蕊完整的花之間的比例,就牽涉到能量的投資,若是在去測量長成果時候果的乾重,就能更完整的瞭解這兩種花在生殖上投資的不同。


例4 小堇菜DSCN9821
小堇菜是校園中很常見的植物。
小菫菜的花瓣形成降落平台,雄蕊會往後延伸形成蜜腺,位於花朵基部的中。
距的長度與訪花昆蟲的口器長度有關。

此外,小菫菜的雌蕊並非直線柱狀,而是在子房頂端、花柱基部有一個小折曲。
而且觀察柱頭表面時,會發現花粉並非散佈在整個柱頭表面,而是集中在某一個小開口,若是觀察柱頭剖面時,會發現這個小開口在柱頭內側其實是連到一個空腔的。

這些特殊的構造到底有什麼功能呢?後面再揭曉囉。


四、由觀察到比較-->以空間換取時間
1.觀察同一個花序可以看到不同發育階段的花及果實。如桑椹、篦麻、香蕉。

2.觀察不同植株的花,才能有完整的觀察。如蛇根草是異蕊性(heterogony)的花,就必須要觀察不同植株才行。
蛇根草的花是桶狀的,依照雌蕊及雄蕊的位置可以分為兩型-->雄蕊較高vs.雌蕊較高。
加上蜜腺在基部,可以促進傳粉的機會。

3.單性花通常在正面分不出花的性別,昆蟲在無法辨識的情況下就會每一種都去採蜜,也是增加傳粉的方法。

4.油點草的花型特別,在開花的過程中,三叉的柱頭與輻射排列的六枚雄蕊會有相對位置的改變。

5.台灣月桃的花序中可以同時看到不同階段的花。
月桃的花中最顯眼的就是下方一枚紅色的花瓣,但是觀察其剖面及發育過程,可知這枚紅色的花瓣狀構造是2個雄蕊特化而成,因此台灣月桃的花中只剩下一枚雄蕊。
每一朵月桃花的開花時間約為一天,在開花過程中柱頭的位置會改變,例如上午時柱頭朝上,下午就變成朝下。


只有柱頭朝上時,花藥才會成熟,這稱為flexistyly(<--好懷念王老師的口音啊)。 flexistyly其實雙性花用來避免自交的方法,伴隨著雌先熟或雄先熟。 我在網路上查到http://scholar.ilib.cn/Abstract.aspx?A=zwxb200104006


========

柱頭下垂型個體在剛開花時其柱頭向上反卷,位於已開裂的花藥上方,到中午開始向下運動,下午則位於花藥下方;柱頭上舉型個體的柱頭在開花初期向花冠內捲曲,位於未開裂的花藥和唇瓣之間,中午開始向上運動,當柱頭上舉到花藥上方後,花藥開裂,花粉開始散發。


兩種個體的開花行為是同步的,通過兩種柱頭反向運動這一獨特的開花行為,植物成功地避免了同種表型內的自交。野外實驗表明,山薑屬植物是自交親和類群,不同的授粉方式(不同時間的自花和異花授粉)具有相同的結實率,但套袋的花序幾乎不結實。兩種表型在自然種群中的比例為1∶1。

========

6.聖誕紅的花序中也可以看到不同時間開放的花朵,最早開放的花朵處於開花的最後一階段,已經到了子房露出的階段,而第二早開放的可能只進行到柱頭露出的階段,因此可以反推開花過程。

7.風媒花的植物通常雌雄蕊的成熟時間是不同的,例如校園也很常見的車前草就可以在穗狀花序上觀察到這一點。

8.臭莕(藜科)的花苞尚未開放時柱頭即已伸出。


9.小菫菜
小菫菜是一年生植物,開花機制主要跟光周期有關,花期3-5月。

但是6、7月的夏天仍然可以看到小菫菜形成閉鎖花苞,不會開放直接會發育成果實。
小菫菜的閉鎖花內的大多結構退化 例如花瓣小而呈現白色,花柱彎曲成倒U型,直接貼著花藥。
雄蕊數目少於5,花藥中的花粉數目也少。

開放花及閉鎖花的果實有明顯的不同,最容易分辨的就是果實上殘留花柱的長度。

10.台灣天南星及油跋是單性花序,一個個體每次只開一種性別的花序。營養好時開雌花、營養不好開雄花。 蘇鐵也有類似變性的現象。


五、不只是觀察,將功能和構造牽上線。
1.發出香味的時間與花的構造
夜香木等植物發出香味的時間較晚,且花是橫著長,較不可能是蝶類傳粉,因為蝶類需要有降落平台

2.天南星科植物的花序是特別的佛燄花序,而且會發出臭味吸引雙翅目的傳粉昆蟲。
像是土半夏會發出雞糞味,姑婆芋會發出腥臭味,而且伴隨著溫度升高的現象。

在網路上查到這樣的溫度升高其實跟一種特殊的呼吸作用有關,叫做抗氰呼吸。
一般的有氧呼吸作用牽涉到一個電子傳遞鏈
NADH→FMN→FeS→UQ..Cyt bFeS、Cytc1..Cytc..Cytaa3→氧
從UQ之後的呼吸色素對對氰化物很敏感,會變成無法作用。

可是抗氰呼吸作用使用了一個有點不同的電子傳遞鏈
NADH→FMN→FeS→UQ.. FP-->交替氧化酶(alternative oxidase,AO) →O2
這個途徑可被魚藤酮抑制,但不受抗黴素A和氰化物抑制。

很多高等植物都有抗氰呼吸,如天南星科、睡蓮科和白星海芋科的花與花粉,玉米、水稻、豌豆、綠豆和棉花的種子、馬鈴薯的塊莖、甘薯的塊根和胡蘿蔔的根、黑粉菌及酵母菌等真菌中。


最有名的就是天南星科植物的佛焰花序,它的呼吸速率很高,可達每克鮮重15 000~20 000μl•g-1•h-1,比一般植物呼吸速率快100倍以上,同時由於呼吸放熱,可使組織溫度比環境溫度高出10~20℃。因此,抗氰呼吸又稱為放熱呼吸(thermogenic respiration)。

在中央的柱狀物上由上方至下方分別是附屬物、雄花、不孕花及雌花。
外圍的苞片剛好在雌花上方,也就是不孕性花的高度處有一個縊縮。

在開花的第一天,這個部份的苞片會呈現鬆鬆的狀態,下方的雌花處會發出臭味,雙翅目的昆蟲就會往下鑽。
吃飽喝足的昆蟲還可以往上爬到不孕性花處來產卵。

第三天,發出氣味的位置變成上方雄花處,雄花同時成熟,不僅可以將昆蟲吸引出來,還可以讓昆蟲沾到花粉。
縊縮處的苞片會慢慢收緊,將產有卵的不孕性花緊緊包住。

在果序漸漸成熟時,雙翅目幼蟲也隨之成長,果序成熟開列時,剛好也是雙翅目幼蟲羽化的時候。

3.小花紫薇的雄蕊有二種長度,中央的雄蕊短而明顯,負責吸引傳粉者,並且會提供花蜜。當昆蟲暢飲花蜜時,身體會沾黏到周圍長而不明顯的雄蕊所產生的花粉。這樣既可以讓傳粉者訪花,也不會讓昆蟲把所有花粉都吃掉。不過這都是推論,尚未有切確的實驗證據。

4.有些野牡丹也是有二種型態的雄蕊,膝狀的雄蕊明顯,另一型雄蕊是隱藏版的。

5.馬兜鈴也是特別的花。


煙斗狀的筒狀花有很多精巧的設計可以盡量充分利用進來的昆蟲,提高傳粉的效率。

例如有逆向毛讓昆蟲容易往雌雄蕊的方向移動,要離開卻比較困難。

還有雌雄蕊旁邊的花被部分透光度比較高,就好像開了一個小天窗一樣,可以讓有昆蟲以為那裏有開口。




6.鼠尾草則是利用翹翹板來將花粉黏附在貪吃的昆蟲背上。

鼠尾草是唇型花科的成員,花冠如同嘴唇一般,具有上下兩唇瓣,上唇瓣形成遮罩(hood),花柱及雄蕊就位於遮罩下方,下唇瓣形成昆蟲的降落平台,其上具有兩個明顯的白色斑紋,此為其蜜腺導引(nectar guide),引導授粉昆蟲進入花蜜位置。


花冠的基部癒合成管狀構造,花蜜累積於管狀基部最狹窄處;此構造適合於長口器昆蟲,當昆蟲努力地將身體擠進下唇瓣及上唇瓣間的空間,吸吮其管內花蜜的過程中,花粉就會沾粘於其背部。

鼠尾草的四枚雄蕊演化成只有兩枚有功能,另外兩個退化;此兩個有功能雄蕊的藥隔(連結兩花藥室的構造)延伸變長,一個花藥正常發育,位於上唇瓣遮罩的下方,另一個則發育不全,且藥隔在下方一端形成展開構造,阻擋了花管狀部分的入口,花絲縮為短小的構造,將其與花冠結合,此部分如同槓桿的支點,當一邊下壓時,就會牽動另一端,如圖4所示,想像以鉛筆代替探尋花蜜的昆蟲口吻,當插入時會使花藥向下壓,可使花粉硬是抹上昆蟲背部的特定位置;由花的縱剖面構造,可以比較清楚整個過程的變化。
資料來源http://web2.nmns.edu.tw/PubLib/NewsLetter/91/170/12.htm


7.馬利筋
馬利筋的花柱在花的中央呈五角柱狀,而花粉塊由帶狀的著粉腺(retinacula)連結至黑色的微粒(corpuscula),微粒及一對著粉腺稱為載粉器(translator);花粉塊的質感就如同傳統民俗-畫糖的成品,透明又富光澤的澄黃色,並如同翅膀狀的構造。每個花藥的外圍,還有大型的副花冠,為分泌花蜜的構造,吸引授粉昆蟲來吸食花蜜

各副花冠間即形成構造上的凹槽,順勢成為昆蟲"落腳"的位置;當昆蟲離去時,其腳會被兩花藥中央細長的裂縫引導,順著向上接觸到微粒,藉由昆蟲的腳勾出微粒及其連結花粉塊



而這兩個相鄰花藥的花粉塊在拉出時是相互平行的,但接觸到空氣時則會改變角度,這樣一來當昆蟲造訪下一朵花時,兩個花粉塊的角度剛好可以進入細長的裂縫,花粉塊嵌入細縫並破裂,此時花粉附著於隱藏於裂縫中柱頭的部份,完成授粉。









資料及圖片來源
http://e-info.org.tw/topic/plant/Asclepias-curassavica/Asclepias-curassavica.htm
http://jpkc.nefu.edu.cn/zwx/get/jxkj/菊亚纲之龙胆目.htm


七、說一個故事

王老師說,校園植物的觀察若能掌握前述重點,那麼觀察的結尾應該可以將觀察到的現象、特徵加上比較的結果,來說一個吸引人的故事。


1.小菫菜
若從側面來看,小菫菜的雄蕊與下方唇瓣間的空隙很狹窄,昆蟲要去吃位在距中的花蜜就必須硬擠過那個空隙。

小菫菜的花柱有一個折曲,當昆蟲擠過空隙時會使花柱往上折起,就像折吸管一樣。

花柱內有一個空腔,空腔內充滿液體,這個液體會在花柱折起時從柱頭的小開口溢出,會剛好碰到昆蟲的腹部背側,若是昆蟲在訪上一朵花時背上有花粉,那麼這一滴液體剛好就會沾到花粉。

當昆蟲離開時,花柱就恢復原先的形狀,溢出的液體就會在回到花柱中,這樣一來就完成授粉了。











2.魔芋

魔芋在南部很常見,約在五月梅雨季節打雷下雨時,會突然紛紛出現在農田林地上,所以又叫雷公鎗。魔芋也是天南星科的植物,所以也有佛燄花序,其附屬物長達40~50公分。

在第一天的時候,魔芋的佛燄苞下側的雌花成熟,並發出臭味吸引雙翅目的昆蟲,佛燄苞的內壁有很多黑色的疣狀突起,可以讓雙翅目昆蟲產卵。

在第三天時,上方的雄花成熟,發出臭味的位置也由下方轉移到上方,因此逗留在雌花附近的雙翅目昆蟲就會被吸引出來。

此時花藥內壁會產生一個膨脹的壓力,將膏狀的花粉像牙膏一樣擠出來 ,剛好就會黏在要離開的昆蟲身上,此時臭味也瞬間消失,昆蟲自然就不再逗留。


3.百合的蜜腺在花瓣上,幫他傳粉的昆蟲一定是大型昆蟲,才有可能在吸蜜食沾到花藥上的花粉。但實際上過去一直沒有確實的找到百合的傳粉者。

4.紫花酢漿草在台灣是以無性生殖為主,但是若不以有性生殖為主何必要開一朵這麼漂亮的花呢?
仔細想想我們還真的沒有仔細觀察過紫花酢漿草。

王老師說台灣的紫花酢漿草的雌雄蕊排列像三層的結婚蛋糕,最高最中央的那一層是雄蕊,最短最外層也是雄蕊,夾在中間的是雌蕊。可能在原產地南美洲有另外一型的紫花酢漿草,兩種不同類型的花才能受粉成功。

=====================

聽完這一次的演講,真的是又對王老師又更愛慕了一點,花哈,又帥又有學問,真是啊。。。

總之對我身邊的植物又有不一樣的角度來觀察了。真是謝謝王老師。

2 則留言:

婉瑄 提到...

你好
一直覺得觀察植物和動物相比起來,很不容易,尤其不知道該怎麼應用到解說上,及引發剛接觸植物的人的興趣.而這篇筆記裡提供給我另一種觀察植物的方向和角度,真的很不錯.想請問格主可不可以讓我轉錄到我們社團(中興大學自然生態保育社)的BBS站上(不良牛NCHU-SWAN),給社團的人做一個參考,謝謝^^

阿梅 提到...

歡迎您的轉錄
我也只是紀錄王老師的金玉良言而已
:)
植物是非常美妙的生命形式
多用不同的角度
一定會有很棒的感受