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• 自然環境中的矽經風化作用形成矽酸溶於水中，再被植物吸收，以二氧化矽沉積的形態留存在植物體內。
• 矽晶體的物理性質能增加植物結構的穩固性，並減緩植食性動物的啃食與真菌的侵入，更能影響與改變光線的入射。
• 研究發現光線通過卷柏矽晶體後會聚焦於葉表皮細胞中，使聚光點位於細胞上半部，下半部則形成散焦的弱光區，推測可以保護卷柏免於強光的傷害。

你有被芒草割傷的經驗嗎？為什麼看似柔軟的草竟有如此銳利的武器？其實，如此銳利、劃傷手指的利器正是植物體累積的矽結晶（圖一）！

圖一：禾本科植物的葉部常可見到由矽晶體累積形成的結構，如左圖以解剖顯微鏡觀察時可發現葉子邊緣的鋸齒（白色箭頭）；右圖則是使
用掃描式電子顯微鏡，可以觀察到葉表皮細胞間鑲嵌的啞鈴形矽晶體（黃色箭頭）。（許秋容提供）

植物中的矽晶體

矽晶體（silica body）主要由地殼中第二豐富的元素⸺「矽」（silicon, Si）組成，自然環境中的矽大多以矽酸鹽類（silicate）的固體型式存在，經過風化作用後形成矽酸（silicic acid）溶解於水中。在植物吸收水分的同時，矽酸會隨著水分進入植物體內，待水分蒸散後以二氧化矽（silicon dioxide, SiO2）的形態沉積，形成所謂的矽晶體或植矽石（phytolith）（圖二）。

圖二：植物如何吸收矽？以卷柏為例
中富含固態的矽酸鹽類，經風化作用後形成矽酸溶於水中，由植物的根部吸收，並沉積於葉表形成矽晶體。右下矽晶體的3D 影像是由原子力顯微鏡拍攝重建。

植物學家注意到矽結晶具有多樣的形態與分布，從葉緣、表皮細胞到維管束都具有二氧化矽的累積，且不同植物類群間的矽晶體沉積量也有所不同。例如，相較於僅累積少量二氧化矽的雙子葉植物，芒草與水稻所屬的禾本科（Poaceae）和蕨類中的木賊屬（Equisetum）則是累積大量二氧化矽的代表植物。然而為什麼某些特定類群的植物會大量吸收土壤中的矽酸，並累積二氧化矽、在植物體內形成矽晶體？這仍然是個未解的謎題。

關於矽與矽晶體在植物體內的功能尚未完全釐清，但矽晶體的物理性質賦予它幾個主要功能：一、增加植物結構的穩固性，使葉片與植物體不易倒伏（lodging）；二、沉積於細胞壁的矽晶體也可以減緩植食性動物的啃食與真菌的侵入；三、矽晶體甚至還能影響與改變光線的入射。

沉積在卷柏葉表的矽晶體

過往對於矽晶體的各式研究大多著重於單子葉植物與禾本科類群，然而在維管束植物中，石松類與蕨類植物所累積的矽含量也相當可觀。以石松綱卷柏科卷柏屬（Selaginella）為例，它的矽結晶含量可達植物體乾重的11.32％。

卷柏植物體大多較為嬌小，生長於陰暗潮濕的林下或林緣。因為卷柏植物的葉子通常較小且僅有一條主脈，所以在植物學上被稱為「小葉」（microphyll，和其他維管束植物具多脈、被稱作大葉的葉片不同）。……【更多內容請閱讀科學月刊第638期】