有得食又有得玩的家中科學實驗
二零二四年一月 第三期
有得食又有得玩的家中科學實驗
在初中科學科中，我們學到水會在不同物態間轉換。今天筆者將教大家在家中進行簡單科學實驗，探究水和牛奶在不同物態之間的變化。完成實驗後，我們會得到凝固的抹茶牛奶，灑上開心果碎後就成為抹茶開心果牛奶沙冰，既可以做實驗也不會浪費食物。文末附上實驗材料和工具，歡迎讀者在家中一同安全地進行科學實驗。
實驗步驟：
- 將400毫升牛奶與抹茶粉及煉奶混合，然後平均倒入兩個密實袋，封口備用。
- 將300克冰塊倒入大碗甲（實驗組），另外300克冰塊則倒入大碗乙（對照組）。
- 量度及記錄兩個大碗內冰塊的溫度。
- 在大碗甲內的冰塊表面灑上餐桌鹽，並用筷子攪拌均勻。
- 將兩個裝有抹茶牛奶的密實袋分別放入大碗甲和大碗乙，並將冰塊蓋上密實袋。
- 每隔2分鐘量度及記錄大碗內冰水的溫度。
- 10分鐘後，取出密實袋，觀察牛奶的形態。
- 完成實驗後，在凝固的牛奶沙冰上灑上開心果碎後即可食用。
在這次實驗中，我們能觀察到三個現象：一，浸泡在大碗甲中的牛奶會凝固成固體，而浸泡在大碗乙的牛奶則不會凝固；二，在實驗開始時，兩個大碗內冰塊的溫度均為0°C，但隨後大碗甲內的水溶液（鹽水）的溫度逐漸降低至零下14°C，而大碗乙則依然為0°C；三，大碗甲的表面有霜形成，而大碗乙的表面則只有液態水珠凝結。
為何鹽水能降至零下14°C也不會結冰？接下來，我們將會逐項現象解釋。首先，當水凝固成冰時，每一個水分子都以四個氫鍵連接四個周圍的水分子，形成冰晶，此時水的凝固點為0°C。當我們加入餐桌鹽（氯化鈉）時，鹽溶解於冰塊表面的水中，帶正電的鈉離子與帶負電的氯離子吸引水分子，破壞水分子之間的氫鍵。由於鈉離子和氯離子妨礙冰晶的形成，鹽水的凝固點下降，這能解釋為何大碗甲內的鹽水溫度能低於水本來的凝固點，即0°C。由於大碗甲內鹽水的溫度達-14°C，牛奶的熱能被鹽水吸收，溫度下降至低於凝固點，因而凝固成固體。
至於為何大碗甲的表面有霜形成，原因是大碗甲的表面溫度降至水的凝固點以下，空氣中的水汽聚集在大碗甲表面，並不經過液態直接凝結成冰晶，這個過程稱為凝華。相反，由於大碗乙表面溫度高於水的凝固點，空氣中的水汽凝結成液態水珠，這個過程稱為凝結。
考考大家，如果將更多的餐桌鹽加入相同數量的冰塊中，溫度會有甚麼變化？
實驗材料和工具：
冰塊 600克（實驗組300克+對照組300克）
餐桌鹽 100克
牛奶 400毫升（實驗組200毫升+對照組200毫升）
開心果碎 適量
抹茶粉 適量
煉奶 適量
大碗2個
小型密實袋2個
溫度計2枝
筷子1對
注意事項：
冰塊與鹽混合後溫度會降至攝氏度零下，請小心慎防凍傷。
參考資料
唐宇煇（2010）。香港的結霜天氣。檢自： https://www.hko.gov.hk/tc/education/weather/weather-phenomena/00037-frost-in-hong-kong.html
國立科學工藝博物館科學學習中心（2014）。化學應用：國小-5分冰淇淋。檢自：https://slc.nstm.gov.tw/Teaching/Details.aspx?Parser=99,4,27,,,,228
生物科
詹愷盈老師
向日葵的頭狀花序
二零二三年六月 第二期
向日葵的頭狀花序
進入正文前，筆者先問各位讀者一條問題：「圖中到㡳有多少朵花？」
圖一：向日葵
相信大家都會直接回答：「一朵。」這個答案不是全錯，但也稱不上全對，為何？
事實上，向日葵並不完全是一朵花，而是由多朵小花組成的。在生物學中，花朵的排列方式稱為花序。花朵有很多種排列方式，例如總狀花序、傘房花序、隱頭花序等。向日葵的小花排列為頭狀花序，即形容花軸（小花著生的位置）縮短成盤狀，上面生長多朵小花。
向日葵共有兩種小花，分別為管狀花和舌狀花：外圍黃色片狀結構是舌狀花的花瓣，而中心黑色的每一點則是一朵管狀花。將向日葵帶進實驗室解剖，我們就能更清楚地觀察小花的組成和排列方式。用刀把花朵縱向切開後，我們可看見中心的管狀結構就是管狀花，開花次序由外而內，換言之愈近外圍的小花就愈先成熟。至於外圍就是舌狀花，其花瓣是舌頭形，因而得名。
圖二：向日葵縱切面，外圍的小花已盛開，而中心的小花則尚未成熟。
圖三：向日葵縱切面特寫，一朵朵管狀花緊密地著生在盤狀花軸上。
圖四：管狀花（左）；舌狀花（右）
在立體顯微鏡（也稱為解剖顯微鏡）下，我們能清楚觀察管狀花的結構：橙黃色像湯匙的是雄蕊、開叉的是雌蕊、像王冠般的結構是花冠、下面白色的部分是子房。再把小花仔細解剖，我們可看見圓筒形的花冠實際上由4-5塊花瓣融合而成，而子房內則藏著一粒胚珠。每一個小花都具有繁殖能力，雄蕊和雌蕊會先後成熟，授粉後子房便會發育成果實，裏面的胚珠成為種子。
圖五：管狀花的結構，放大倍數6.7倍。
1: 雌蕊；2: 雄蕊；3: 花冠，由5塊花瓣融合而成；4: 子房
圖六：管狀花縱切面，放大倍數10倍。子房內藏有一粒胚珠（紅圈示），將來會發育成種子。
除了向日葵外，還有不少花朵的排列都是頭狀花序，你能在日常生活中找到例子嗎？
生物科
詹愷盈老師
為甚麼蜻蜓有時會變成心形？
二零二二年十月 第二期
為甚麼蜻蜓有時會變成心形？
最近有不少同學在戶外考察時詢問筆者：「為甚麼兩隻蜻蜓會靠在一起，組成如心形般的形狀？牠們在做瑜伽嗎？」非也，其實牠們正在交尾。但為何蜻蜒的交尾姿勢如此奇特？要解釋這個現象，便要由蜻蜓的生殖器官開始說起。
蜻蜒和豆娘在分類學上均屬昆蟲綱蜻蜓目 (Odonata)，而在蜻蜓目中又分為差翅亞目（蜻蜓）和均翅亞目（豆娘）。蜻蜓目雌蟲的生殖器官位於腹部末端第九腹節底部，而雄蟲的生殖器官則分為兩部分，分別位於第九腹節底部和第二節腹面。交尾前，雄性蜻蜓會預先將精子從第九腹節的生殖孔轉移到第二腹節的精囊中，而雄性豆娘則會在交尾時轉移精子。轉移精子這種行為是蜻蜓目生物獨有的，稱為「雄性內精子易位」(intra-male sperm translocation)。
交尾時，雄蟲會利用腹部末端第十節的肛附器像鉗子般夾著雌蟲的前胸，這個過程稱為「串聯」；如雌蟲有意交合，則會彎起腹部，將第九腹節的生殖器官緊貼在雄蟲第二腹節的生殖器官，因而組成像心形的「輪」(wheel)，亦是同學所觀察到的現象。雄蟲會利用匙狀的的性器官將雌蟲過往交尾時殘留在體內的精子去除，然後將自己的精子放在雌蟲體內。交尾後，雌蟲會在水面或植物中產卵，完成交尾。
圖一和圖二都是香港常見的蜻蜓和豆娘，你下次不妨也嘗試觀察牠們交尾的過程吧！
圖一：狹腹灰蜻 (Orthetrum sabina sabina)交尾
圖二：三斑陽鼻蟌 (Heliocypha perforata perforata)交尾
生物科老師
詹愷盈
參考資料：
韋敬輝、譚子慧、關世平、胡嘉儀、黃兆輝、黃健（2004）。香港蜻蜒圖鑑。香港：香港特別行政區漁農自然護理署。
Rivas-Torres, A., Outomuro, D., Lorenzo-Carballa, M.O. & Cordero-Rivera, A. (2019). The evolution and diversity of intra-male sperm translocation in Odonata: a unique behaviour in animals [Abstract]. Behavioral Ecology and Sociobiology volume, 73(54). Retrieved from https://link.springer.com/article/10.1007/s00265-019-2660-5#citeas
「裸買」
「裸買」
香港都市固體廢物棄置量持續上升、堆填區空間接近飽和等報導早已不是新鮮事。隨著社會提倡源頭減廢，愈來愈多人開始養成自備水瓶、使用可重用飲管等習慣。近年，在香港購買食材或日用品也出現了一個環境友善的新選擇—「裸買」。
我們對「裸考」和「裸辭」應該不陌生，但「裸買」又指甚麼？「裸買」始於2006年 （Lin，2017)，是一種重視環保簡約的購物文化。簡單而言，「裸買」就是自備容器到無包裝商店購買散裝產品。而無包裝商店即類似幾十年前香港的舊式雜貨店：店舖裏的商品沒有經過預先包裝，需要顧客自備容器以秤重的方式購買產品 （顏和正，2018）。無包裝商店在十多年前於英國、德國、意大利等歐洲國家出現，時至今日已成為一種常見的購物模式（Lin，2017)。近幾年台灣和香港亦開始興起「裸買」，鼓勵顧客自備容器購買產品，減少製造包裝廢物。
那麼「裸買」實際如何運作？筆者這天來到一間「裸買」超市，這裏售賣的產品由食材到日用品應有盡有。食材的款式十分多樣，無論是白米糙米、各款意大利麵、橄欖油、果仁還是調味料，甚至是茶葉，通通都能在這裏找到。除此之外，這裏亦有出售個人清潔用品如洗髮水和洗手液，可見產品款式不亞於一般小型超市。然而，有別於一般商店，這裏沒有獨立包裝的貨品，只有一個個半透明的大型膠箱和瓶子，裏面裝著林林總總的乾貨和液體。
（超市內拍攝的照片已取得店方同意使用）
一場來到，筆者這天「裸買」了有機長通粉和昆布等食材，亦順道用圖片紀錄了購買流程：
一，量度及記下自攜容器的重量。
二，選擇心儀產品後將所需份量放入容器，並確保容器的材質適合將要盛載的貨品，例如蜜糖應盡量避免使用金屬容器盛載。
三，完成選購後量度容器連產品的總重量，將總重量減去容器重量便得出購買產品的淨重。得出淨重後，到收銀處付款即可。
「裸買」這種購物模式不但大大減少包裝廢物，也減少浪費因用不完而放至變質的食材。「裸買」讓消費者隨心購買所需份量而不受獨立包裝限制，平常較少用的香料、糯米粉、泡打粉等食材終於不用買完用一兩次就放至過期了！
雖然無包裝商店不如一般超市普遍和方便，但「裸買」與無包裝商店的出現確實為大家提供了一個環境友善的購物新選擇，讓大家多一個從源頭減廢的渠道。若然大家暫時未有機會到訪無包裝商店「裸買」產品，但又希望在生活中實踐減廢購物，其實簡單如自備餐盒購買外賣、使用可重用杯和飲管購買台式飲品，都是「裸買」的一種呢！
參考資料
顏和正（2018）。＜沒有瓶裝的洗髮精 德國無包裝商店怎麼賣？＞。於2020年12月9日擷取自﹕https://csr.cw.com.tw/article/40242
環境保護署（2018）。＜香港固體廢物監察報告 — 2018年的統計數字＞。 於2020年12月9日擷取自﹕ https://www.wastereduction.gov.hk/sites/default/files/msw2018tc.pdf
環境局（2019）。＜香港環境保護＞。 於2020年12月9日擷取自﹕https://www.epd.gov.hk/epd/misc/ehk19/tc/pdf1/web/EHK_2019AR_TC_WCAG.pdf
環境保護署（2020）。＜香港堆填區的未來發展＞。於2020年12月9日擷取自﹕https://www.epd.gov.hk/epd/tc_chi/environmentinhk/waste/prob_solutions/landfill.html
Lin, H.S. (2017), “Say No to Plastic Packaging: The Research on Packaging Free Supermarket and Future Development”, https://hdl.handle.net/11296/5f9u9q (last accessed on 9 December 2020).
生物科老師
詹愷盈
香港濕地常見植物—蘆葦
香港濕地常見植物—蘆葦
蘆葦（Phragmites australis），又名蒹葭，是一種禾本科多年生的草本植物。蘆葦是香港原生植物，常見於淡水沼澤、池塘、河岸和濱海沼澤等濕地。蘆葦的桿直立而中空，一般高1-3米，葉片呈披針狀向兩邊生長，常下垂（葉彥、葉國樑、陳栢健、梁海菊，2015）。蘆葦的根狀莖發達，能快速向四周生長而形成大片群落。香港現時最大片的蘆葦叢位於米埔，佔地約46公頃，同時亦是廣東省其中一片最大型的蘆葦群落（世界自然基金會香港分會，2017）。
蘆葦叢是各種生物理想的覓食和棲息地，生物多樣性極高。大量無脊椎動物在這裏棲息，成為候鳥重要的食物來源。每年冬天，不少候鳥都會前往米埔的蘆葦叢覓食，為遷徙旅程補充體力。另外，大片蘆葦床也是一個天然過濾器。當污水流過蘆葦床時，沉澱、過濾和吸附等作用有助淨化水中污染物例如重金屬和懸浮固體，改善水質（賴明洲、薛怡珍、黃士嘉、楊璦華，2004）。
除了豐富的生態價值外，蘆葦自古以來還有很多功用。例如《本草綱目》記載蘆葉能「治霍亂嘔逆，癰疽」，而現在中醫學則把蘆根入藥，有清熱解毒的功效（李甯漢、劉啟文，1997）；蘆葦桿含有大量纖維，加工後可用來造紙和人造纖維；除此之外，人們還會將蘆葦編製成蓆和屋頂，或把蘆葦扎起成為籬笆。時至今日，我們依然能在各地發現不同活用蘆葦的例子，大家不妨多留意出現在身邊的蘆葦相關製品。
參考資料
世界自然基金會香港分會（2017）。＜動植物小檔案：蘆葦叢 候鳥棲息地＞。 於2021年4月8日擷取自網站：http://www.mingpaocanada.com/tor/htm/News/20170105/HK-gfy1_er_r.htm
李甯漢、劉啟文（1997）。香港中草藥第七輯。香港：商務印書館。
葉彥、葉國樑、陳栢健、梁海菊（2015）。香港水生植物圖鑑。香港：漁農自然護理署。
賴明洲、薛怡珍、黃士嘉、楊璦華（2004）。濕地植物去污淨化功能與選種建議。台灣林業，30(4)，44-51。檢自：https://www.forest.gov.tw/0000104/0000433
生物科老師
詹愷盈
植物的神奇適應—乾旱篇
植物的神奇適應—乾旱篇
地球的生境千變萬化，有潮濕炎熱的熱帶雨林，亦有乾燥寒冷的高原地帶。為了適應不同環境，生物在進化的過程中發展出不同形態和生理機制來應對各種挑戰。在水資源匱乏的荒漠地帶，生物必需面對高溫和極旱的嚴峻環境，由於生存環境惡劣，這些地區往往寸草不生。然而，有植物卻發展出一系列的適應，成功在極端環境中生存，而今天要介紹的梭梭（Haloxylon ammodendron）就是其中一個典型例子。
梭梭是一種多年生小喬木，有時呈灌叢狀，生長在溫帶和亞熱帶的乾旱地區，例如沙漠和岩壁。梭梭是典型的旱生植物，不僅耐旱和耐鹽，亦能在地表溫度高達80℃的情況下生存（盧筱莉、郭靖、寧虎森、吉小敏、高明月，2010）。梭梭主要分佈在中國西北部、蒙古、哈薩克等亞洲國家的乾旱地帶，常被廣泛種植來鞏固沙土。
梭梭之所以能在惡劣環境下生存，全賴其極佳的適應能力。梭梭的根系十分發達，肉質的根部深而廣，垂直根系一般能生長至5米深，水平根則能延伸至10米廣，能有效地在乾旱的荒漠中吸收地下水（賈志清、盧琦、郭保貴、趙明、梁遠強，2004）。另外，梭梭的樹皮呈厚海棉狀，能儲存雨水作儲備。至於梭梭的葉片則退化成細小鱗片狀，減少水分蒸發流失（賈志清等人，2004）；另一方面梭梭亦通過滲透調節降低細胞的滲透勢，增強吸水和保水能力（郭泉水、譚德遠、劉玉軍、王春玲，2004）。有趣的是，梭梭還會在夏天休眠以抵抗高溫和乾旱。當環境變得極端高溫時，梭梭會減慢或停止生長。部分枝條由嫩綠色變成深綠色，最後枯萎脫落，而子房中的胚胎亦暫時停止發育，直至氣溫下降（何江峰、房永雨、趙小慶、劉紅葵，2015）。
就是以上一系列的適應，梭梭成功在乾旱的環境中生存，成為少數能扎根於荒漠地帶的植物。生物在面對環境挑戰時的應對方式有時會超乎我們的想像，而這些神奇的適應亦讓生物在不同環境中生存和繁殖，慢慢塑造出地球各個生態群落。
參考資料
何江峰、房永雨、趙小慶、劉紅葵（2015）。梭梭的研究進展。畜牧與飼料科學。36(12)，94-98。檢自：http://xmysl.imaaahs.ac.cn/CN/abstract/abstract8433.shtml
郭泉水、譚德遠、劉玉軍、王春玲（2004）。梭梭對干旱的適應及抗旱機理研究進展。林業科學研究，17(6)，796-803。檢自：http://www.lykxyj.com/article/id/20040618
賈志清、盧琦、郭保貴、趙明、梁遠強（2004）。沙生植物—梭梭研究進展。林業科學研究，17(1)，125-132。檢自：http://lykxyj.xml-journal.net/article/id/20040120
盧筱莉、郭靖、寧虎森、吉小敏、高明月（2010）。克拉瑪依市減排林區外圍自然植被數量特徵分析。林業資源管理，0(4)，54-57。檢自：http://www.lyzygl.com.cn/CN/abstract/abstract1633.shtml
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