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第9章 认识植物现象(1)

葵花向阳

我们常说的葵花,也叫向日葵、朝阳花或转日莲,是众所周知的会向太阳“鞠躬”的植物。可是,你能否回答,向日葵为什么会朝着太阳转动呢?向日葵为菊科植物。它的花实际上是一个花序,是由短缩肥厚的花轴和它上面的许多小花组成的。植物学上称这种花序为头状花序,通常所说的花盘,就是指这个部分而讲的。葵花向阳,就是指花盘跟着太阳转。

我们先看看花盘到底是怎样转动的。向日葵花盘向阳的转动是比较复杂的。花盘方向的变化,一般是早晨朝着东方或东南方,中午近南方,午后偏西南方,傍晚向西南方或西北方,午夜变为正中,以后逐渐移向东南方。花盘的倾斜度,是清晨以前和傍晚以后都大于25度,而在清晨或傍晚之间的倾斜度一般都小于25度。午夜到二时左右,由于花盘和整个植株同地面呈笔直,倾斜度约等于零。向日葵花盘内的花蕾出现前和出现后,转动的情况是有差别的。花开以后和结了果实,一般就丧失了转动的能力。这个时候除了前面有遮蔽物外,花盘一般是向光线和热量较多的东南方。

葵花为什么能如此灵敏地向着太阳转呢?原来,这是紧靠花盘的一段茎内向光面与背光面生长速度不均造成的结果。一般在茎端下面的一部分是延长生长区,当其一侧受光时,生长素在背光一侧分布较多,故生长较快;而在向光一侧分布较少,故生长较慢。两侧生长速度不同,尖端生长就朝向较慢的一侧。据近年的最新研究成果表明,向日葵茎端生长区的两侧除生长浓度的差异外,还有叶黄氧化素浓度的差异,在向光一侧具有较高浓度的叶黄氧化素,后者是脱酸生物合成过程中的中间产物,其主要功能是抑制细胞的伸长。实验证明当光从一侧照射30分钟后,向日葵茎端生长区两侧的叶黄氧化素与生长素的浓度呈反相关,即叶黄氧化素在向光面的含量高,背光面低,因此,葵花向阳应该说是生长素和叶黄氧化素共同作用的结果。由于向日葵茎端延长区的位置比较偏后,差异生长能使其前方器官——花盘整个地转动。这一运动是植物向光性运动最突出的表现。

葵花向太阳,可使花朵像孵卵器那样,聚集阳光的热量,形成一个温馨舒适的场所,引诱昆虫前来传粉,并促进种子更好的发育生长。

万年青保持绿色的奥秘

万年青是一种富有生命力的植物。它不但具有耐寒、经冬不凋,叶绿的特点,而且还特别习惯生活于庇荫的环境。即使在光照条件较弱的地方,它仍不失其碧绿可爱的色泽。

阳光,是植物光合作用的能量来源,但是由于植物长期适应不同的环境条件,不同的植物需要光的强度是不同的。根据植物对光照强弱不同的要求,可把它们分为阳生植物(也常说喜光植物,实际应该说是“习光植物”),和阴生植物(也常说喜阴植物,实际应该说是“习阴植物”)两大类。

阳生植物在较强的光照下才生长健壮,不耐荫蔽。在弱光条件下,植物生长发育不良,如松树、桉树、杨树等一些树木,栽培的落叶果树、农作物也多属于此一类。

阴生植物不能忍受强光照射,适宜生长在庇荫的环境中,如云杉、冷杉和一些森林中的草本植物。万年青就属于阴生植物。

这两类植物之所以能适应不同的光照,是与它们的叶片结构和生理特征分不开的。阳生植物的叶片质地较厚较硬,叶表面有很厚的角质层或蜡质层,有的表面还有绒毛,能反射光线,而且气孔小而密集,叶肉栅栏组织发达,叶脉细密。这些显然有利于在较强的光照下进行光合作用。而阴生植物的叶片结构恰恰相反,叶薄而无角质层或蜡质层,或角质层很薄,一般没有表皮毛。叶肉通常无栅栏组织和海绵组织的分化。这些形态特点均有利于在庇荫的环境下,对微弱的光线进行吸收和利用。正因为如此,这两类植物利用强光的最大能力——光饱和点就有很大差别。万年青等阴生植物在海平面全光照的1/10或更低时,就达到了光饱和,超过光饱和点的光虽然也能被叶子吸收,但不能提高光合强度,而是以热能的方式释放出来。而松、杨、柳等阳生植物,则需要很强的光,才能达到光饱和。这就是万年青等阴生植物在庇阴处仍然保持碧绿的奥秘。

秋冬枯叶落满地

大多数落叶植物是温带多年生植物。

在我国辽阔的土地上,秋冬之交是一个干燥寒冷的季节。日照时间逐渐缩短,土壤温度持续下降,增加了根系吸水的困难;而地面凛冽干燥的空气又会增强蒸腾作用,这对植物生长极端不利。于是植物在长期进化过程中,形成了减少蒸腾、度过寒冷的一种适应,这就是落叶。

落叶与叶柄的结构变化有关。木本落叶植物在落叶之前,其叶柄基部有一层细胞进行分裂形成几层小型的薄壁细胞,这个区域称为离区。离区又分为离层和离层下的保护层两部分。离层区细胞在逐渐增多的纤维素水解酶和果胶水解酶的作用下,相邻细胞间的中胶层被水解为糖,细胞之间遂失去粘结力,以后由于风吹等机械力量,叶柄自离层处折断,叶片就脱落了。离层折断处的保护层细胞由于细胞壁的栓质化和木质化,可起到保护“伤口”的作用。

在离层发生同时,叶子中的含氮化合物和其他最有用的元素也转移到枝条里去,于是发生季节性落叶。落叶伴随着生长的停止,植物即进入休眠状态。

叶片因离层的活动而脱落。那么,离层又是什么原因引起的呢?根据实验了解到,短日照是决定性的环境信号。植物叶片感受了这个信号之后,促进了脱落酸的合成和乙烯生成的增多。乙烯的增多又促进了分解细胞壁物质的果胶酶和纤维素酶的合成和分泌,从而引起离区细胞壁的溶解而脱落。其实,在一年中有干湿交替的热带。植物也有落叶休眠现象,只不过发生在炎夏干旱到来之前。例如,南非沙漠的天竺葵,中亚细亚的橡胶草,苏丹草原上的波巴布树,在每年干旱到来之前,叶子枯萎脱落,代谢强度急剧降低。只有度过干旱之后,叶子才重新更新,恢复生长。所以落叶是植物的一种减少蒸腾、度过寒冷或干旱季节的保护性适应。

荷花出污泥而不染

高洁的荷花原产于亚洲南部和澳洲,是多年生的水生植物,它的根茎埋在泥里,肥大的根茎称为藕,藕上有节,节上有须根扎入泥土深处,而长出的叶片和花茎则挺出水面。每当夏季来临,青翠的荷叶在碧波上摇曳,而万绿丛中的荷花则展现出迷人的风姿。荷花花谢后就结出莲蓬,莲蓬中有莲子,莲子受硬壳的保护可以在土里埋几百年甚至上千年而不坏,被认为是世界上最长寿的种子。

荷花天生丽质,出污泥而不染,很受我国人民的喜爱,在古代就有很多咏唱荷花的诗歌。战国时期的伟大诗人屈原在他的《离骚》中写道:“制芰荷以为衣兮,集芙蓉以为裳。”宋代诗人杨万里也写道:“毕竟西湖六月中,风光不与四时同,接天荷叶无穷碧,映日荷花别样红。”周敦颐更有《爱莲曲》,赞荷花“出淤泥而不染,濯青莲而不妖。”相传农历六月二十四日是荷的生日。古时候这一天为荷花节,人们相约观赏荷花,热闹非凡。而每当江南采收莲子的时候,男女青年,泛着轻舟,唱着歌谣,在荷丛中穿梭往来,描绘出一幅水乡优美的风情画。

荷花又称莲花,不但受到我国人民的喜爱,在古埃及,莲花是朋友、爱人之间互相馈赠的典雅饰物。传说古埃及的智慧之神托特的妻子奉献给丈夫一束莲花,以表示她对丈夫的忠贞和爱情。在印度,莲花象征神圣和贞洁。寺院中的佛像,都是坐在莲花上的,而佛教最重要的一部经典便是《妙法莲花经》,“佛即莲,莲即佛。”在我国龙门石窟中,有一窟叫莲花洞,洞内除了四面的佛像以外,就是顶部一朵灿然生辉的巨型莲花。

几千年来,荷花与我国人民更是结下了不解之缘,直到今天,它仍是洁身自好、品格高尚的象征。那么,荷花为什么能出污泥而不染呢?这主要是因为荷叶、荷花的表面有一层醋质,保护它不受污泥浊水的侵袭,从而使它保持了高洁、清丽的形象。

软木树不怕剥皮

葡萄牙因为靠近地中海,夏凉冬暖,雨量充沛,土地湿润,几千年来,生长着一种叫软木的树。这种树又叫“栓皮栋”,它有一个与众不同的脾气。所有的树木最怕剥皮,剥了皮就非死不可,可是它却不怕剥皮,成块的树皮被剥光以后,就露出了橙黄色的内层,人们还在它的身上写上“8”、“9”等阿拉伯数字,这是告诉人们隔八九年后,又可以剥皮了。

软木还有个特点就是,其他树种的木材最怕放在露天风吹日晒雨淋,这样很容易霉烂腐朽,可是软木却要在露天经风雨日晒半年,然后,又把它放到100℃的沸水槽中蒸煮,蒸煮后堆放在室内三周,就可以加工成各种制品了。

软木的最大用途是做大大小小五花八门的瓶塞,有的瓶塞还烫上精美的五彩图案,成为一件件令人喜爱的工艺品。据说在考古中发现,用这种瓶塞盖的酒类,藏在地窖里上百年仍香醇不变。法国葡萄酒著称于世,最早叫“暴跳酒”,人一打开地窖藏酒时,那软木做的瓶盖忽然倏地暴跳开来,同时酒香四溢,扑鼻而来。

又因为软木富于弹性,不透气、不透水、不传热、不导电,又能耐压、耐酸,所以它在很多方面都有广泛用途。宇宙飞船可以用它作绝缘材料;羽毛球座、乐器垫片、高跟鞋、帽衬等地方也可见到它的踪影;软木做地板,踩踏没有声响等等。

葡萄牙历来有“软木王国”之称,它的软木种植面积占全世界软木树林面积的1/3,软木是它们的传统出口商品。值得一提的是,软木不是整株树都是软木,只有木栓层——树干的最外边才是软木,最里层是木质部,中层是软木再生部。软木要长到25岁时才能开始剥皮。

圆圆的树干

不同的地方有不同种类的树木,它们的树冠、叶子和果实的形状是那样千姿百态、变化多端,几乎不可能找出两种完全相同的树木来。但只要略加注意,就会发现几乎所有树木树干都是圆的。树干为什么大都是圆柱形,而不是别的什么形状呢?首先,树木长成圆柱形,输送养料的效率最高。我们可以作这样的比赛,两个小朋友同时开始各吸一瓶汽水,一个用圆吸管,一个用方吸管,用圆吸管的小朋友一定先吸完。在日常生活中我们看到的水管、煤气管等都是圆的,这其中的奥秘就在于圆柱形物体具有用料最省、装的东西最多、输送也最快的特点。树木长成圆柱形,这就能给树木提供最大限度的养料的供给,以满足生长发育的需要。

其次,圆柱形有最强的支持力,树木无论长得多高多大,全靠一根树干支持,有些果树丰收时,还要挂上成百上千斤的果实,如果不是强有力的树干支持,哪能吃得消呢?再说,圆柱形的树干对防止外来伤害很有好处。它没有棱、没有角,就不容易被动物啃掉或被其他物体摩擦碰伤。大风吹来,也不容易把树木吹倒等等。

但令人奇怪的是,自然界里,居然也还存在方形植物,如我国就有方形竹子,称为方竹。在浙江还新发现了奇特的方树,在美洲巴拿马地区也曾发现过这种奇树。这种树不仅树身是正方形的,连年轮也是正方形的。

植物的变性现象

大千世界,无奇不有。近年来,人体变性似乎已成为人们茶余饭后议论的话题之一。其实,在低等动物群体中,变性是一种常见的现象。脊椎动物中的鱼类,也存在着由于雄性与雌性的竞争而产生的变性现象。如黄鳝幼小时,都是雌性的,长大以后则全部变成雄性,等等。令人感到惊讶的是,植物界中也存在着变性现象。

印度天南星就是为数不多的变性植物之一。它是一种生长在温带和亚热带地区的林下或小溪旁的多年生草本植物。它雌雄异株,且有雄株、雌株和无性别的中性株三种类型。有趣的是,这三种植株可年复一年的互相转换性别,直到死亡为止。在通常环境条件下,它生长的第一年,一般全为雄株;当长得较大超过一定的高度时,就转变为雌株,如果环境变得恶劣,如连续干旱,土壤肥力不足等,其性别又会逆转,由雌性变为雄性。当环境条件好转后,又再变为雌性。根据印度天南星性别变化与植株体型大小密切相关的现象,科学家提出雌雄植株的体型优势模型。该模型表明,雌株往往高于雄性和中性株。在一定高度范围内的植株,都可以发生性别变化。

印度天南星能随环境条件而改变性别的特性对其生殖有重要意义。植物在开花,尤其是在结实时需要以消耗大量营养物质为代价,具有体型高大的植株才能制造更多的养分供结实需要,所以大型植株多为雌株,这样,小型植株多为雄株。前一年为雌株的大型植株,由于结实消耗了大量的营养,第二年便又变为雄株。当环境恶劣时,雌株没有足够的养分开花结实,如果它们转变为雄株,便可以使相距较远、生长在环境较好地方的雌株有较多机会获得花粉。至于中性植株的存在,也是由体内营养物质决定的。而且同样与环境条件有关。当它既不能变为雌株,又不“甘心”变为雄株时,就只好暂为中性了。

由此可见,高等植物的性别并不像动物那样,在胚胎时期就已决定,而要在其生长、分化和发育成熟后的某个阶段才能确定。因此高等植物的性别分化具有不稳定性。外界环境条件如营养、温度、湿度、日长、光强、植物激素等因素都对其有不同程度的影响。掌握了植物的这种特性,对那些较易改变性别的植物进行研究,通过适当的改变外界环境条件,就可以有效地控制一些植物的性别,使之向着人们意愿的方向转化。如黄瓜多施氮肥、浇水,提高室内气温,就可我开雌花多结瓜;大麻少施氮肥多施钾肥,可多得雄株,等等。

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