會,但不是用肺呼吸

植物的活細胞在有光、弱光和黑暗中都會進行呼吸作用,把糖類中的能量轉成細胞可用的形式。呼吸作用不直接依賴光照;有氧呼吸會使用氧氣,並產生二氧化碳和水。氣體交換讓氧氣等氣體進出;呼吸作用則是細胞裡取得可用能量的化學過程。

可以先把呼吸作用想成植物體內的用電過程:光合作用先製造糖類等有機物,呼吸作用再把糖類裡的能量釋放出來,讓植物可以長根、長葉、開花、修補細胞,也能維持每個活細胞的基本工作。

植物白天會呼吸,晚上也會呼吸。有光時,葉片可能同時進行光合作用;弱光下光合作用仍可能進行,只是產生的有機物未必足以補上呼吸消耗。完全黑暗時,無法持續靠光合作用製造新的有機物,但呼吸仍能利用先前累積或由其他部位送來的糖類。

一般盆栽植物的教學示意圖,葉片和根部周圍都有不同方向的氣體交換箭頭
葉片和根都和氣體交換有關。 這張教學圖用一般觀葉植物示意:葉片在有光時會和光合作用、呼吸作用都相關;根在介質裡也需要空氣孔隙中的氧氣。箭頭顏色只是教學區分,不是固定科學符號。

光合作用像存錢,呼吸作用像花錢

光合作用和呼吸作用常被放在一起講,但它們不是同一件事。

光合作用偏向「製造和儲存」:植物利用光能,把水和二氧化碳變成糖類等有機物,並釋放氧氣。

呼吸作用偏向「使用能量」:植物細胞利用氧氣分解糖類,把能量轉成細胞可用的形式,並產生二氧化碳和水。

兩個過程都重要,但工作不同

光合作用 把光能存進有機物

需要光、水和二氧化碳,常在有葉綠體的細胞裡進行。結果是製造糖類等有機物,並釋放氧氣。

呼吸作用 把有機物轉成可用能量

活細胞會利用氧氣分解糖類,取得能量,並產生二氧化碳和水。白天晚上都會發生。

所以植物不是只在夜晚呼吸。只要細胞還活著,就需要能量,也就需要呼吸作用。葉、莖、根、正在發芽的種子,都和呼吸作用有關。

根需要氧氣,也需要水

根部細胞的有氧呼吸需要氧氣。在土壤或盆栽介質裡,氧氣可從大氣經連通的空氣孔隙擴散,補充根部消耗的氧氣;孔隙長期被水占滿時,補充可能受限。

根也能利用水中的溶氧。水耕仍需讓根接觸空氣或含有足夠溶氧的水;要分清的是氧氣供應,不能只看根旁邊有沒有水。

氣孔是葉片上的小開口

說到植物呼吸,很容易只想到根,其實葉片也有重要的氣體交換入口:氣孔。氣孔是葉片表面很小的開口,通常由兩個保衛細胞圍出一個縫隙。保衛細胞能調整這個開口的大小,讓氣體比較容易進出,或在需要減少水分散失時縮小開口。

氣孔和光合作用、呼吸作用都會碰在一起。白天有光時,二氧化碳可以透過氣孔進入葉片,成為光合作用的重要材料;氧氣和水蒸氣也可能從氣孔離開。植物細胞呼吸時需要氧氣,也會產生二氧化碳,這些氣體交換同樣和葉片表面的通道有關。

顯微鏡下的葉表皮,可看見兩個由保衛細胞圍成的氣孔開口
氣孔不是一個大洞,而是葉表皮上的微小開口。 這張顯微照片可看到氣孔旁的保衛細胞。不同植物的氣孔形態與分布會不同,這裡用來幫讀者先認識「葉片也有氣體交換入口」。圖片來源:Emilio Ermini / Wikimedia Commons,CC BY 4.0。

不過,氣孔不是單純「開越大越好」。氣孔打開時,氣體交換比較方便,但水分也更容易以水蒸氣形式散失;氣孔關小時,水分散失可降低,但二氧化碳進入也會受限制。這也是為什麼氣孔常被放在光合作用、蒸散作用和植物水分管理一起理解。

有光、弱光與黑暗,差別在哪裡

有適合的光照和其他條件時,葉片可同時進行光合作用和呼吸作用。光合作用會使用二氧化碳並釋放氧氣;呼吸作用會使用氧氣並產生二氧化碳。看到葉片整體吸收二氧化碳,不代表呼吸作用停止,而是當時吸收的量超過釋放的量。

弱光下,光合作用不一定完全停止,但碳的收入可能趕不上消耗。當一片葉子的二氧化碳吸收與釋放剛好抵銷、淨交換約為零時,對應的光強度稱為光補償點。這是那片葉子在當時條件下的平衡,不表示整株植物一整天都有足夠收入。

完全黑暗時,光反應無法繼續供應光合作用所需的能量與還原力;呼吸作用則仍可利用已有的有機物,維持細胞工作。

條件光合作用呼吸作用
有合適光照與其他條件可進行,葉片可能有淨碳收入同時進行,仍使用有機物
光線很弱仍可能進行,但未必補得上碳的消耗不會只因光線弱就停止
完全黑暗無法持續靠光合作用補充新有機物仍可利用已有的有機物取得能量

所以,重點不只是「有沒有光」,還要分清光合作用的收入、呼吸的消耗與兩者合起來的淨交換。

容易混淆的地方

  • ✕ 植物只做光合作用,不會呼吸。
  • ✓ 植物也會呼吸,因為活細胞都需要可用能量。
  • ✕ 植物只有晚上會呼吸。
  • ✓ 植物白天和晚上都會呼吸,只是白天常同時有光合作用。
  • ✕ 根在土裡,所以不需要空氣。
  • ✓ 根部細胞也需要氧氣;介質或土壤孔隙中的空氣很重要。
  • ✕ 呼吸作用和光合作用完全相反。
  • ✓ 它們方向不同、彼此相連,但不是可以簡單對調的同一套反應。

常見問題

植物會像人一樣吸氧吐二氧化碳嗎?

植物也會使用氧氣並產生二氧化碳,但不是用肺吸氣吐氣。植物會透過葉片氣孔等構造、部分莖部表面,以及根周圍孔隙進行氣體交換,支援細胞呼吸作用。

植物白天也會呼吸嗎?

會。植物白天也需要能量,所以活細胞仍會呼吸。只是白天有光時,光合作用也在進行,整體氣體變化常被光合作用影響。

光線不足時,植物還會呼吸嗎?

會,呼吸作用不直接需要光。弱光時,葉片仍可能進行光合作用,卻未必有足夠的碳收入補上消耗;完全黑暗時,也仍可利用已有的糖類維持呼吸。這不表示植物能無限期不接受光照,因為儲存的有機物會被持續使用。

根在土裡怎麼呼吸?

根不是用肺呼吸,而是根部細胞需要氧氣。氧氣通常從土壤或介質孔隙中的空氣擴散到根附近,所以一般盆栽介質不宜讓根區長時間缺乏空氣。

種子還沒長葉子也會呼吸嗎?

會。種子發芽初期還沒有完整葉片,也需要把儲存的養分轉成可用能量,才能讓胚根伸出、幼苗繼續生長。

光合作用和呼吸作用是不是剛好相反?

可以把它們想成方向不同、彼此相連的過程,但不要說成完全一樣的反向反應。光合作用把光能存進糖類等有機物;呼吸作用把有機物中的能量釋放出來,供細胞使用。

植物的呼吸作用是在氣孔裡發生嗎?

不是。氣孔是氣體交換的通道,呼吸作用則發生在活細胞內。糖解作用,也就是分解糖的起始步驟,先在細胞質中進行;有氧呼吸的後續主要步驟則與粒線體有關。氣體如何通過組織與細胞膜,可接著看擴散和滲透。

相關詞彙

  • 呼吸作用:細胞把糖類等有機物中的能量釋放出來,轉成可用能量的過程。
  • 光合作用:植物利用光能,把水和二氧化碳轉成糖類等有機物的過程。
  • 氣孔:葉片表面可調節氣體進出的微小開口。
  • 孔隙:土壤或介質顆粒之間的空間,可被空氣或水占據。
  • 有氧呼吸:需要氧氣參與的呼吸作用。

接著看

已開放 光合作用是什麼? 先看植物如何利用光製造糖類等有機物。 已開放 介質通氣性是什麼? 把根需要氧氣連到盆栽介質的孔隙。 已開放 盆土為什麼要排水? 理解多餘水分離開後,根旁邊才有空氣空間。 已開放 根的功能是什麼? 從固定、吸水到根部環境,重新看根的工作。 已開放 種子怎麼發芽? 發芽初期還沒完整葉片,也需要呼吸作用取得能量。 已開放 氣孔是什麼? 進一步理解葉片如何調節氣體進出。

查核與授權

參考資料與圖片來源

以下資料用於查核本文的植物學概念與園藝脈絡。

查看本文參考資料(8)
  1. extension.missouri.edu — snowbird season for houseplants
  2. extension.umn.edu — small scale hydroponics
  3. openstax.org — 7 2 glycolysis
  4. openstax.org — 7 1 energy in living systems
  5. openstax.org — 8 3 using light energy to make organic molecules
  6. openstax.org — 8 1 overview of photosynthesis
  7. rhs.org.uk — how plants breathe
  8. extension.colostate.edu — understanding tree roots

圖片來源與權利