文／田中修

包括人類在內，所有的動物為了生存，都必需獲得能量。為了獲得能量，動物會攝食，而植物也是生物，如同動物一般，為了生存下去，植物也需要能量。

有些食蟲植物（例如捕蠅草）雖然會吃昆蟲，但是一般植物都沒有攝食行為。植物不攝食，該如何生存，並順利成長呢？大約西元前4世紀，希臘哲學家亞里斯多德認為：「雖然我們看不到植物攝食的樣子，但植物其實是用藏在土裡的根在吃東西。」有很長一段時間，人們一直相信這種說法。

動植生存 倚賴能量



直到17世紀，某些科學家研究了植物到底用根吃什麼，不過卻沒有任何發現，因為植物吃的不是我們所攝食的食物。植物以根部吸收的水分和空氣中的二氧化碳為原料，讓葉子利用太陽光，合成葡萄糖，釋放氧氣。這個作用稱為「光合作用」（photosynthesis）。

光合作用所合成的葡萄糖，會形成澱粉，這是維持植物生命與生理活動所需的能量，也是人類主食稻米、小麥、番薯、玉米等的主要成分。我們食用這些澱粉類食物，並透過消化作用獲得能量。

植物進行光合作用所產生的澱粉，是地球上大部分動物的營養來源，包括人類在內，動物都以攝食植物維生。這表示，地球上所有動物都依賴植物的光合作用。

當光線照射到葉子，植物便會進行光合作用。光合作用進行的速率，可以用光合作用的產物——葉子釋放的氧氣量與產生的澱粉量來表示。另外，光合速率也可以用葉子吸收的二氧化碳量來表示。

二氧化碳 影響光合



若照射葉子的光照強度改變，光合速率即會改變。表示光合速率變化的圖，稱為「光反應曲線」（light response curve）。在漆黑環境下，植物不會行光合作用，因此二氧化碳不會被吸收。不僅如此，植物的呼吸作用還會釋放二氧化碳，使二氧化碳的吸收量變成負值。

當光照度（光照強度）開始增強，植物呼吸所釋放的二氧化碳量，會漸漸與光合作用吸收的二氧化碳量相等。因此，從外部觀察不到二氧化碳進出葉子。此時的光照度，稱為「光補償點」（light compensation point）。

此外，光照度若增強，超過光補償點，光合速率即會隨著光照度而漸漸增加，二氧化碳的吸收量也會增加。光照若變得更強，二氧化碳的吸收量即趨於飽和，光合速率不再增加。此狀態稱為光飽和（light saturation）狀態。光飽和狀態的光照度，稱為「光飽和點」（light saturation point），而此時的光合速率稱為最大光合率（maximum photosynthetic rate）。

晴天的正午陽光，光照強度大約為10萬勒克斯（lux）。多數植物光合作用所利用的陽光強度，只需2.5～3萬勒克斯。也就是說，正午日照的1/3強度，即達到多數植物的光飽和點。

植物從根部吸收水分，葉子吸收空氣中的二氧化碳作為原料，再利用陽光進行光合作用。空氣即含有二氧化碳，而且近年來「二氧化碳濃度不斷攀高」，因此，一般人會覺得：「對植物來說，光合作用的原料應該不會不夠用吧。」然而，對植物而言，二氧化碳真的不夠用。

晴天的中午，看見葉子沐浴在刺眼的陽光下，綠意盎然、搖曳生姿，不禁令人覺得：「葉子正在進行光合作用，一定很開心。」不過，事實並非如此。若葉子要利用中午的強烈日照來進行光合作用，二氧化碳的確可能不夠用。這是因為空氣中的二氧化碳濃度太低。

空氣中僅含有0.04％的二氧化碳，所以如果空氣中二氧化碳濃度低，進入葉子的二氧化碳量會減少，不夠光合作用使用。正確來說，與其說是「空氣中的二氧化碳低缺」，不如說「因為二氧化碳無法進入葉子內部，所以光合作用原料短缺」。也就是說，影響植物光合速率的原因，正是空氣中的二氧化碳濃度。

內容與圖節錄自《三小時讀通植物學》，世茂出版授權使用