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第7章 植物的结构和生活(1)

植物的结构

种子的种类

种子的大家庭可谓种类繁多,约有20万种。它们都是种子植物的小宝宝,而种子植物约占世界植物的2/3还要多。

种子中的大王应属复椰子了,这种形似椰子的种子可比椰子大得多,而且中央有道沟,像是把两个椰子重合在一起,所以叫它为复椰子。那还是1000多年前,在印度洋的马尔代夫岛上,岛民们在沙滩上看见了这种大个果子。

他们不知这是否是椰子,于是劈开它,吃果肉、喝汁液,发现和椰子差不多,便给它取名为“宝贝”。人们1000年后才明白这是复椰子,是远涉重洋从塞舌尔海岛漂来的。复椰子重约20公斤,里面的种子则有15公斤之多,真是大个头了,于是许多国家的植物博物馆里都把它用作标本。

下面说说最小的种子,我们常说“丢了西瓜拣了芝麻”!芝麻的种子要25万粒才有1公斤重,看来芝麻种子是够小的了。而烟草的种子要700万粒才达到1公斤重,即7000粒才重1克。然而这还不是最小的种子,真正的小种子是斑叶兰的种子,200万粒才重1克,轻得如同灰尘。

种子的颜色也包含了世上所有的颜色,而其中约有一半是黑色和棕色。

豆科中的红豆,是带有光泽的深红色,它也叫相思豆。它寄托了远隔千山万水的恋人们的相思之情,并流传了许多数不尽的动人故事。

种子有圆有扁,也有的是长方形,有的竟是三角形或多角形。大多数的种子是比较光滑的,但也有的表面凹凸不平,还有的长着绒毛和“翅膀”,像个小昆虫。谁敢轻视这些小小的种子呢,有时只需一粒,它居然能发育成直入云霄的参天巨树呢。

种子的力量

你知道种子的力量有多大吗?石块下面的小草,为了要生长,它不管上面的石头有多么重,也不管石块与石块中间的缝隙怎么窄,总要曲曲折折地、顽强不屈地挺出地面来。它的根往土里钻,它的芽向地面透,这是一种巨大的力量。至于树种的力量就更大了,它能把阻止它生长的石头掀翻!一颗种子可能发出来的“力”,简直超越一切。你知道种子能剖开头盖骨吗?

人的头盖骨结合得非常细密,非常坚固。

生理学家和解剖学者,为了深入研究头盖骨的结构特征,曾经用尽了各种方法要把它完整地分开,但都没有成功。

后来有个人,受了种子被压在石块下面而顽强钻出石块的小草的启发解决了这个难题。植物种子的力量既然这么大,可不可以用它来剖开头盖骨呢?

他认为这是可能的,于是他就把一些植物的种子放在头盖骨里,配合了适当的温度和湿度,使种子发芽。发芽后的种子,就产生了足够的力量,它竟然钻到头盖骨几乎密不可分的缝隙里,使劲地往外钻,往外长。这样,一切机械力量所不能做到的将骨骼自然结合分开的事情,小小的种子办到了。它不仅把人的头盖骨分开了,而且解剖得脉络清楚,从而解决了人们研究头盖骨的一大难题。

根的种类

不同植物的根,形态不一样。

不知你见过大豆、棉花、苜蓿的根没有?它们的中间有一条又粗又大又长又直的根,称主根,很容易找到,在它上面又长出有许多杈杈。主根是种子萌发时,首先冲破种皮伸出来的白嫩的胚根发育成的,也就是说,现在菜市场上随处可见的黄豆芽、绿豆芽,把其埋在土壤中继续生长发育,就能形成黄豆或绿豆植株的主根,上面的杈杈叫做侧根。

像这类能分出主次的根叫直系根。

植物的“嘴巴”

植物也有嘴巴吗?当然,植物若没嘴巴,一颗小小的种子怎么能够长成参天大树呢?那为什么看不见呢?一个原因是植物的嘴巴非常秀气,比“樱桃小口一点点儿”还要小上千百倍;另一个原因是植物的嘴巴是藏在地下的,自然就难以看到了。

1648年,比利时科学家海尔蒙特把一棵2.5千克重的柳树苗栽种到一个木桶里,桶里盛有事先称过重量的土壤。在这以后,他只用纯净的雨水浇灌树苗,为了防止灰尘落入,他还专门制作了桶盖。5年过去了,柳树逐渐长大了。经过称重,他吃惊地发现,柳树的重量增加了80多千克,土壤也减少了不到100克。

那么减少的100克土壤到哪里去了呢?显然是被植物体给“吃”掉用于自身的生长了。

生活在土壤中的是植物体的根,植物体是靠根来“吃东西”的,那么主要是靠根的哪部分来“吃”的呢?植物是靠根毛区的根毛来“吃东西”的。

根毛是根毛区的外层细胞即表皮细胞产生的一种特殊结构,是由幼根尖端的表皮细胞向外突起产生的。

根毛样子像什么呢?把它放在显微镜下看看,简直像从细胞外壁伸出来的外端封闭的瓶子。

根毛的长度由0.15毫米到1厘米,直径为百分之几毫米。在形成根毛的吸收表皮上,布满一层胶粘的物质,能把根毛和土壤胶粘在一起,这是因为许多植物的根毛壁都含有一种胶质,所以若是把一株苗从土壤中拔出来,常常会看到被根毛紧紧缠绕住的土块。

那么,植物的根上有多少根毛呢?多极了,每平方毫米上都有数百条根毛,有的能达到2000多条。

每一条根毛就相当于一张“嘴”,这张“嘴”长得奇特,因而“吃”起东西来也特别。

一般来说,一株玉米从出苗到结实所消耗的水分,要在400斤以上;要生产1吨小麦籽粒,植物需要1000多吨水,那么水是怎样进入到植物体内的呢?

植物体是靠根,准确地说是靠根毛,像吸管一样吮吸土壤里的水,但是这与婴儿吮吸母奶可不大一样,因为婴儿吮吸的力量来自婴儿本身,根毛吮吸的动力来自两方面:当根内细胞液的浓度与土壤里水的浓度有差值,而且是细胞液的浓度必须大于土壤溶液浓度时,根毛才能顺利地把水吸收到细胞内,进入植物体,否则将出现相反的情况。植物体在获得水分的同时,也获得了溶解在水中的无机盐和有机物,保证植物生命活动的需要。

看,奇特的“嘴”的吃法当然也是与众不同的,它靠的是浓度差的力量或者说是根压的力量,把水吸入到体内的。

繁忙的茎

当我们在林中悠闲地散步或者风驰电掣般地穿行公路时,静静地矗立在旁边的树体内也在忙碌地进行着各种活动:从根部吸收的水分及其无机盐要运送到叶部;叶部光合作用产生的有机物也要运送到根部和植物体内的其他部位。那么连接根与叶的是茎,物质在茎内是通过什么进行运输的呢?

我们把一条带叶的杨树枝放在水里切断,然后迅速地移到滴有几滴红墨水的水里,在阳光照射下几个小时之后,再把枝条横向切断,这时观察一下断面,我们会看到断面上有殷红的斑点,再把枝条纵向剖开,会看到茎的剖面上有一条红色细纹。

这红色的细纹是植物体内水分的运输路径,这条路由根部开始,经过茎,再一直通过叶脉到达叶子各部分。在叶子里就是看得见的纵横交错的叶脉。

如果我们很细心的话,注意一下周围的树木,会惊奇地发现,有的树木的枝条由于树皮被破坏了一圈,在失去树皮的上方形成瘤状物,枝条的下部时间一久便枯死了。

原来在植物的茎内有两条“公路”:一条在韧皮部,是由一串串筛管上下连接而成的,它的运输方向是由上往下,即把叶子制造的营养物质运输到根部或其他部位,另一条路线在木质部,它是由叫做导管的细胞上下连接而成,它的运输路线是由下往上运输,也就是说,把根部吸收的水分和无机盐运送到叶部等。

组成导管的导管细胞由于细胞核、细胞质和横壁都消失了,上下彼此连接形成中空的长管,水分在里面可以畅流无阻,加上叶部蒸腾拉力作用和水分子之间的吸引力,水和无机盐可以源源不断地向上运输到植物体的各个部分,可真是与俗语“水往低处流”成了反照。水在导管中的输导速度是很快的,速度最快的为每小时45米,最慢的每小时也有5米,一棵草5—20分钟就能把水输导到顶端,高达几十米甚至上百米的树木,茎的输水能力就更大了。有人统计过,落叶树1平方厘米的木质横切面上,1小时可通过水量20立方厘米。

运输有机物的筛管由于横壁仍然存在,但横壁上出现很多的孔,通过孔上下筛管连通形成有很多“关口”的公路,运输速度也是很快的,大约每小时0.7—1.1米。叶制造的有机物30—60分钟就可运送到根部。

所以植物体内的两条“公路”是很繁忙的,运输量也是很巨大的。

自然界中庞大的生产者——绿叶

有人计算过,一个人活60岁,大约要吃进2万斤糖类,3200多斤蛋白质、200斤脂肪,这些食物从何而来呢?食物直接和间接来自绿色植物的光合作用。全球绿色植物进行光合作用,一年能制造的有机物达4000多亿吨,除了供给人类食用外,还能供一些工厂作原料。绿叶在制造有机物的同时,把光能转化成化学能贮藏在有机物里,每年绿叶的光合作用贮藏的能量相当于24万个三门峡水电站每年发出的电量,为人类在工农业、日常生活所需能量的100倍。目前最好的光电池的转换效率也只有15%—16%,而绿色植物的光合作用的转换效率一般达35%—75%,可见绿色植物充分利用太阳能甚至比原子核能效率还要高。绿色植物光合作用也是制造氧气的生产者。经过计算,1天中人要呼吸近2万次才能正常生活,一个人1昼夜要吸入体内的氧气,其体积相当于6寸高的篮球场那么大。全世界约有50多亿人口,再加上其他生物呼吸需要的氧气,数量是相当可观的。另外,人在吸进氧气的同时还要向外呼出二氧化碳,1个人1年能呼出约300公斤的二氧化碳,全世界50多亿人要呼出亿吨以上的二氧化碳,再加上煤、石油的燃烧,以及细菌、真菌在自然界的作用下放出的二氧化碳,足够地球上绿色植物的光合作用的需要。据统计,每年地球上的绿色植物放出的氧气达1000多亿吨(如果自然界绿色森林有计划地采伐和栽种,自然界氧气能够达到平衡),大气中的氧气量不过200多亿吨,按现有绿色植物光合作用的速度,大气中氧的来源是够人们利用的。

绿色植物的光合作用促进了大气中二氧化碳和氧气的循环,只有这样一切生物才能够生存。如果每人每天吸进0.75公斤的氧气,呼出0.9公斤的二氧化碳,有人计算过,城市居民每人只有10平方米的绿地(草坪、树木和花卉)面积,就可以消耗每人呼出的二氧化碳,并可从绿叶中得到每天每人所需的氧气。

花的海洋

最杰出的艺术家当属大自然,这个艺术家在我们周围创造出数不尽的奇花异葩。梅花像星,葵花像盘,报春花像小钟,牵牛花像支喇叭,珙桐花似一只只迎风翩翩起舞的白鸽,台湾的蝴蝶兰,雪白中有绯红,好似群蝶翩跹。

再看看我们生活的周围:迎着春风,路旁的桃花悄悄盛开,粉红一片,雪白一堆;星星点点的小紫花在草丛中露出了头,二月兰、白兰也展开花瓣,悄悄向路人致意,似乎在告诉人们:春天到了!春天到了!气温刚略有回升,夏至草便伸着懒腰,周身带着一圈一圈小花环使劲睁开了眼,好奇地打量着周围:此时月季、樱桃花竞相开放,石榴花吐着火红的蕊,挂满了枝头;你再抬眼一看:啊!漫山遍野、大街小巷鲜花盛开,叫得出名的叫不出名的开遍了满世界,仿佛使人置身在花的海洋。春夏不乏花的陪伴,而秋天菊花怒放,冬天腊梅花开,一年四季时时有花,时时把这世界装扮得五彩缤纷,绚灿美丽。

花的构造有花被、花萼、花托、雄蕊、雌蕊五部分,花的不同形状就是由这几部分的多少、大小、形状变化而决定的。

千变万化的果实

在开花植物中,能形成真正果实的植物是很多的。不过,由于各种植物果实本身结构特点的不同,果实的类型又是变化多端的。

有些植物果实的中果皮肉质化,而内果皮变成分离的浆质细胞,人们称这类果实为浆果,如葡萄、番茄、柿子等;而香气诱人的柑桔,被剥下的是外果皮和中果皮结合在一起的产物,果实中间分隔成瓣的为内果皮,这类果实叫做柑果;大家熟悉的向日葵、荞麦等,它们的果皮干燥瘦小,有时还很坚硬,只有剥开它们的果皮,才能取得真正的种子,这一类果实叫瘦果;有些果实长有翅膀,可乘风远行,被称为翅果,如槭树的种子;像栗子、榛子等植物的果实,外壳非常坚硬,里面只有一枚种子,因它非常坚硬,故而称为坚果;有的果实成熟后,果皮会自动裂开,如大豆等,被称做荚果,此外,还有一些特殊的果实,如人们食用的肉质肥大的草莓果,真正食用的部分,是由花托变化而来的。草莓果上有无数芝麻粒状的颗粒,这才是草莓真正的果实。这种果实叫聚合果。

大家熟悉的白果,是从银杏树上采下来的,刚采下时,圆鼓鼓的,有一层厚厚的肉。人们食用时,就把它外面的一层肉去掉,只剩下一个带硬壳的白果。你别看它有肉有壳,而实际上却是一个典型的冒牌果实。如果你仔细地观察一下白果的生长过程,就会发现,银杏树上看不到像样的“花”,更无法找到小瓶子状的子房,看到的只是一颗裸露在外面的胚珠,它可以不断地长大,最后形成白果。可见白果不是果实,而是种子。其他像松、柏、杉等树木,它们也只能结种子,而没有真正的果实。人们称这一类植物为裸子植物。

一般来说,有果实便一定会有种子。但也有特殊例外的情况,如香蕉,就是没有种子的。怎么会产生无籽的果实呢?原来香蕉开花后,没有经过受精,子房虽然发育长大了,但子房里的胚珠由于未受精而不能发育成种子。

这种现象叫做无籽结实或单性结实。

植物的生活

植物的呼吸

人不停地在进行呼吸。植物也同样日夜不停地进行呼吸。只因为白天有阳光,光合作用很强烈,光合作用所需要的二氧化碳,远远地超过了植物呼吸作用所能产生的二氧化碳。因此,白天植物好像只进行光合作用,吸进二氧化碳,吐出氧气。到了晚上,阳光没有了,光合作用也就停止,这时植物就只进行呼吸作用,吸进氧气,吐出二氧化碳。

然而,植物从哪儿吸气,又从哪儿吐出气呢?

植物与人可不一样,它全身都是“鼻孔”,它的每一个生活着的细胞都进行呼吸:气体通过植物体上的一些小孔与薄膜而进进出出,吸进氧气,吐出二氧化碳。

植物的呼吸作用,要消耗身体里的一些有机物。但是要知道,它消耗有机物不是没有意义的。植物的呼吸作用消耗有机物,实际上就是用吸进去的氧气使有机物分解,有机物分解以后,把能量释放出来,作为生长、吸收等生理活动不可缺少的动力。当然也有一部分能量,转变成热以后散失掉了。

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