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。
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
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。
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。
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。
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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)
- extension.missouri.edu — snowbird season for houseplants
- extension.umn.edu — small scale hydroponics
- openstax.org — 7 2 glycolysis
- openstax.org — 7 1 energy in living systems
- openstax.org — 8 3 using light energy to make organic molecules
- openstax.org — 8 1 overview of photosynthesis
- rhs.org.uk — how plants breathe
- extension.colostate.edu — understanding tree roots
圖片來源與權利
- Emilio Ermini / Wikimedia Commons · CC BY 4.0 — 本站將來源 JPEG 整理為 WebP 供網頁顯示。