一般说来,一种植物的生活习性总是经过长时期的适应选育和淘汰而遗传下来的。同时,更多的情况是由于植物本身受到光照、温度等外界条件的影响而引起的。植物开花总要两个阶段,即花蕾形成阶段和花蕾绽放阶段。
植物在长出花蕾时,是植物发生重要变化的时期。在此期间,植物会受到各种条件的影响,其中最重要的是温度和日光的照射时间。植物在花蕾形成期间,按对光照时间的要求可分成三类:一类是短日照植物,这种植物需要有一个在一定时间内没有光照的周期;另一类是长口照植物,这种植物需要有较长时期的光照;还有一种植物,它的花蕾的生长与日照长短无任何关系。
另外,植物在花蕾开放阶段需要适宜的温度。有的需要高温,有的需要低温。例如,牵牛花既需要阳光又害怕强的阳光,清晨的温度正好适合它的要求。另一些植物,它们害怕强烈的阳光,总是白天闭合,晚上才开花。如夜来香、月光花、昙花等。有的植物花蕾长出后不一定很快就开放。像郁金香、樱花等,就是秋天长花蕾,等到来年春天才开花。
植物为了在各种条件下顺利生长,便适应了环境,将花期固定下来。所以说植物的花在一定的时期开放,是适应外界生活条件而形成的一种习性。
每当春回大地,百花盛开,黄色的迎春花、粉红色的桃花、紫红色的紫荆、浅红色的樱花……或浓艳,或淡雅,令人陶醉。花朵的颜色不仅使自然界显得五彩缤纷,更主要的是具有吸引昆虫传送花粉的作用。花为什么会有各种不同的颜色呢?原来这是由于花瓣细胞中含有花青素和有色体(又叫杂色体)的缘故。
含有花青素的花瓣可显现红、蓝、紫各色。花青素这种物质的颜色,随着细胞液的酸碱性不同而发生变化。细胞液为酸性时它呈红色;细胞液为碱性时它呈蓝色;细胞液为中性时它便表现为紫色。这可通过试验来证明:如果你摘下一朵红色的牵牛花,泡在肥皂水里(碱性溶液),花色立刻由红变蓝;如果把这朵蓝色的花再放入稀盐酸溶液中(酸性溶液),花色又由蓝变红了,这实际就是花青素的变色反应。由于各种植物体内的有机酸和生物碱含量都不一样,因此它们细胞液中的酸碱度也就不同,花青素便在其中“变戏法”,从而使花朵呈现万紫千红的颜色。
还有一些花的颜色不是在红、蓝、紫之间变化,而是在黄色、橙黄色或橙红色之间变化,那是由于花瓣细胞中含有有色体的缘故。有色体含有两种色素,即胡萝卜素和叶黄素。由于不同植物花中这两种色素所含的比例不同,因而花朵呈现黄色、橙黄色或橙红色。
有的花瓣细胞中既含有花青素,又含有有色体,因而花朵可呈现绚丽多彩的颜色;也有的花瓣细胞中花青素和有色体都不存在,则呈现白色。
花色的浓淡与花青素和有色体的多少有关,而花青素和有色体的多少又与环境条件有关。如气温的高低、光线的强弱和日照的长短等都会对花色有影响,情况比较复杂。一般说来,一种植物的花,自开花至凋谢,其花色保持相对的稳定。但也有一些植物,随着花朵开放时间的延续,其花瓣细胞中的细胞液酸碱度、盐类和酚类物质发生变化,从而使花朵的颜色也发生变化,这类花卉被称为变色花卉。
在变色花卉的花期中,由于每朵花开放时间有先后,所以同一植株上就会出现多种花色,看上去满株五彩缤纷,具有独特的观赏价值。如茄科的鸳鸯茉莉,花色初开时为淡紫色,逐渐变成淡雪青色,后变成白色。虎耳草科的绣球花,初开时为白色,似绿叶丛中的团团雪球,后转为青碧色,最后变成淡红色。又如忍冬科的金银忍冬,花色初开时洁白如玉,经2~3天后变成金黄,前开后继,彼黄此白,宛如金银并列。
千差万别的根
对于植物,人们不仅赞赏花的美丽,更爱果的珍贵,却往往忽视了生长在地下的根。然而根却在潮湿阴暗的土壤里,始终默默地工作着,甘当“无名英雄”。
根是植物体的重要器官,它默默无闻地生活在阴暗、潮湿的土壤里,它使植物固着在一定的地方,不让大风吹倒,同时根还把从土壤中吸收的大量水分和无机盐,以及本身合成的有机磷、氨基酸等有机物质,源源不断地送往植物的地上部分。根对整个植物体的营养起着重要作用。
植物的根千差万别。种子萌发后,由胚根发育成的根主根。主根一般垂直向地下生长,当生长到一定长度时,就生出许多侧根。侧根又可生出新的侧根,这样反复分枝就形成了一个根系,叫直根系。裸子植物和大多数双子叶植物都是直根系。还有一类根可以在茎、叶、老根或胚轴上生出,这种根叫不定根。如小麦、玉米、水稻等禾本科植物的根,它们的主根长出后不久就停止生长或死亡,而由胚轴和茎下部的节上生出许多不定根组成根系,这种根系叫须根系。
根系在土壤中的分布范围又深又广,往往比树冠枝条伸展的宽度还要大,只有这样,它才能保证从土壤中获取植物生长所需要的大量养分。
有些植物的根,长得并不像我们说的那样,而是在形态、构造和功能上都发生了很大的变化。如人们熟悉的萝卜、胡萝卜和甜菜的根就是一种能贮藏养料的贮藏根;著名的药用植物人参的根也是贮藏根的一种。玉米在拔节后到抽穗前,在靠近地表面的节上,会生出几层不定根来。这种根结实粗壮,具有帮助稳固茎秆的作用,叫支柱根。榕树的树干和树枝上可以产生许多不定根,这些根向下生长,直达地面,穿入土中,可不断加粗,成为强大的支柱根。红树的气生根具有呼吸作用,叫呼吸根。常春藤用气生根吸着于墙壁上,赖以攀援蔓生,叫攀援根。菟丝子、槲寄生等寄生植物的根,构造十分简单,可吸取寄生的水分和养料,所以叫做寄生根。
这些花样繁多的变态根,是植物长期适应特殊环境条件的结果。
种子为什么能萌发成幼苗
在植物的果实中往往包含着一粒或许多粒种子。种子是种子植物特有的繁殖器官,每粒种子是由胚、胚乳和种皮三部分组成。
种子为什么能萌发成幼苗,将来长成新的植物体呢?是因为种子里面有一个幼小的植物体。不信,我们可以剥去一粒泡大的蚕豆或黄豆的种皮,看到两片肥厚的紧闭着的豆瓣,这叫子叶,再掰开两片子叶,能看到夹在一侧的胚芽、胚轴和胚根。胚芽像两片小嫩叶,以后伸出土壤,形成茎和叶,胚根像一个幼根,将来形成植物体的根。我们做菜吃的豆芽,就是先从两个豆瓣之间伸出的尖尖的“芽”,其实是胚根。胚轴则是连在胚芽和胚根之间的结构。在适宜的条件下,种子就萌发形成了幼小的植物体。
不同的种子由于种皮细胞中的色素不同,因而具有不同颜色。例如红豆、红豆、黑豆、黄豆。蚕豆的种皮革质,棕褐色;棉花的种皮是黑褐色而且坚硬,外面还有短绒覆盖。种皮能防止病虫害侵入,防止内部水分蒸发,起到了很好的保护作用。小麦的种子与蚕豆种子有一个重要的不同点,就是在小麦的种子里只有一片子叶,而在蚕豆种子里则有二片。根据种子胚中子叶数目的不同,可以将植物分成两类:一类是种子的胚中有两片子叶,如蚕豆、大豆等,这叫作双子叶植物;另一类是种子的胚中有一片子叶,如小麦、玉米、水稻等,这叫作单子叶植物。
小麦种子与蚕豆种子的另一个不同点是,小麦种子里有胚乳,蚕豆种子没有胚乳,多数双子叶植物种子的胚里没有胚乳,多数单子叶植物种子的胚里有胚乳。双子叶植物的子叶与单子叶植物的胚乳虽然形状不一样,名称也不一样,但是有相同的功能,就是他们都贮藏有丰富的营养物质。如小麦、大麦、水稻、玉米等种子里大部分是淀粉;大豆、豌豆的种子里大部分是蛋白质;花生、向日葵、芝麻、胡桃中大部分是脂肪。此外,种子里还有无机盐和维生素等物质,这些营养物质可以供种子萌发时候利用。而人类种植这些作物也正是为了获得营养物质。大家已经知道胚乳是由受精极核发育来的,像蚕豆、花生等无胚乳种子也有受精极核,为什么却没有发育成胚乳呢?原来是在种子发育形成过程中,胚乳的贮藏养料转移到子叶中去,因此在种子成熟时,当然看不到胚乳,而是具有肥厚的子叶了。
种子中孕育了新一代植物的雏体,就像母腹中的胎儿,受到了种皮的很好保护,容易抵抗各种不良的环境条件。在萌发的时候,还能够从胚乳或子叶得到充分的营养物质,保证了新一代植物体的茁壮成长。
植物喜欢不同色光
大家都知道,绿色植物在光照下才能进行光合作用。植物学家在研究光合作用时,发现了一个有趣的现象:不同植物喜欢不同颜色的光,有的喜欢红光,有的喜欢蓝光,有的喜欢黄光。如果满足了它们各自的喜好,就生长得根深叶茂,否则就生长得不好。科学家通过进一步研究,揭开了其中的奥秘。原来,植物细胞中的叶绿体含有各种不同色素,有叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、花青素、类胡萝卜素等,这些色素有的善于捕捉红、橙光,有的擅长捕捉蓝、紫光。不同植物所含的色素也不尽相同,因此使得它们表现出对不同色光的爱好。例如,向日葵、烟草、棉花等一类阳生植物,叶片中含有较多的叶绿素a,特别善于捕捉直射阳光中的红、橙光,所以只有在阳光充足的地方才能生长好;而人参、生姜、胡椒等一类阴生植物,叶片中含叶绿素b较丰富,生长在荫蔽的环境中,漫射光线中的紫、蓝色光,正是它们所喜欢的。
植物生理学家通过实验发现,植物在合成不同物质时,所需要的色光也不同:红光照射时,能促进糖的合成;蓝光照射时,能加快蛋白质的合成。有人用红光照射甜瓜,不仅显著地提高了甜瓜中糖分和维生素的含量,而且还提前20天上市。
因此,我们根据植物的这种奇异特性,投其所好,即可在农业生产上加以利用:采用不同色光照射不同的作物,可促进其生长发育,提高作物产量。有色地膜的推广应用正是基于这个道理。对作物覆盖有色透明的地膜,可以起到滤光作用,即排除该作物所厌恶的色光,增加它喜爱的色光,因而可取得良好的增产效果。
水稻秧苗培育在红色的地膜下,生长特别旺盛;把胡萝卜种在红色的地膜下,不仅生长特别快,而且可提高含糖量;甜菜生长在红色的地膜下,就长得特别甜;黄瓜种植在红膜下,生长快、结瓜大,可增产0.5~1倍。这是因为红色地膜透射它们喜爱的红光,同时也阻挡了不利于这些作物生长发育的其它色光透过。
同样道理,用蓝色地膜覆盖小麦,透射进来的大量蓝光,可加速其蛋白质的合成,明显提高籽粒中蛋白质的含量,大大改善小麦的品质。在蓝色地膜下种植的黄瓜和香菜,其维生素C的含量提高很多。
黄色地膜能透过红、黄、橙和淡红色光,可滤去青光和紫光。用黄色地膜覆盖栽培芹菜,生长快而茎粗叶大;莴苣在黄色地膜下生长,不仅植株高大,还能推迟抽薹,延长食用期;用黄色的地膜罩在茶树上,不仅可增加产量,同时茶叶的品质也有所提高。
大多数的植物不喜欢绿色地膜,因为它可以透过绿光,排除红、蓝、黄等色光;而植物本身是绿色的,可以把透射过的绿色光反射出去。因此,在绿色地膜覆盖下,植物就得不到光合作用制造养分所需要的光能而处于饥饿状态,时间长了就会死亡。利用这一道理,可以消灭杂草,如用绿色膜(或黑色膜)覆盖果园和茶园的地面,杂草就会因不能进行光合作用而死去。
紫外光能抑制植物的生长发育和开花结实,大多数植物不欢迎它。因此,使用一种特制的紫外光滤除膜覆盖作物,就能获得一定的增产效果。
植物喜欢针刺吗
十几年前,国外有两个生物化学家发现,香蕉、蕃茄、豌豆等类植物也会有“血脉堵塞”、“神经衰弱”的毛病,有了这些毛病。它们会生长迟缓、产量不高。这时,给植物“电疗”——通过微量电流,就可以使它们恢复健康,并使产量成倍地增加。“电疗”过的桃树,长出的桃子没绒毛,电疗过的黄瓜没有子,洋葱也不会有能使人流泪的辛辣气味。
山西省的果树专家发现,苹果树的“黄化失绿症”是因为缺铁。他们就配了一种补铁的药液,然后像给人打针那样。把药液注射进树的主根部位。不过3天,就使树叶重新恢复了绿色。这一成就在世界上居领先地位。
除了可给植物用电疗和打针治病外,试用的另一新方法是为植物针刺。我国江南有些老农民从经验中得知,若用两根很细的竹签,刺在玉米靠根茎部的“节巴”处,这玉米就能长得分外粗壮,结出的玉米棒子也比没有针刺过的玉米多得多。研究人员认为:从光合作用得来的营养物质,在针刺的作用下,较多地留给了开花结果的部位;同时,针刺也加速了植物的细胞分裂。所以,产量就高了。
巴西和别的一些国家的生物学家应用中国针灸的方法,在植物的栽培过程中施行针刺,也收到了良好的效果。他们用普通的小针或别针,“凭直觉”将针准确地刺在树与干之间形成的内角上,并把这针留在上面达两个月。这期间不再喷洒农药或其它化学杀虫剂。结果是,针刺后的植物,花卉开的花朵更多,果树的产量成倍增加,桉树、松树则生长得更加茂盛。看来,植物是喜欢针刺的。
为什么针刺能使植物长得好、产量高?科学家至今还没有更完善的解释。有志于研究植物的青少年朋友,希望你也来参加探索其中的科学奥秘吧!
种子的摇篮
一粒种子能长成美丽的植物,一株植物能结出许许多多的种子。种子生在植物体的果实里,果实是种子最初的家,是孕育种子的摇篮。种子的摇篮是如此地精彩,不妨让我们来认识认识它们吧。
多样的类型
种子的摇篮多种多样。拿起一个西红柿,肉质多浆,称作浆果。桃子和杏里面有坚硬的核,就叫核果。而对葡萄来说,则兼具浆果和核果的特征。柑橘类果实专有一个名字叫柑果,西瓜、黄瓜、香瓜等瓜类统称瓠果。各种豆角,是荚果。萝卜、油菜的果实叫角果。角果和荚果容易混淆,角果中的种子被中间的隔膜隔开了。香菜、芹菜的果实也从中间隔断开了,又由于种子只有两粒,所以叫双悬果。成熟时干燥开裂的果实,叫裂果,干燥但不开裂的果实叫闭果。最重要的裂果是骨突果和蒴果。一个大的裂果由许多果瓣组成,果瓣联系还紧密的是蒴果,例如茼麻、蜀葵的果实。联系不紧密的甚至相互分离,每个果瓣又叫骨突(意思是象骨头一样突出来),果是骨突果。闭果包括坚果、瘦果、颖果、翅果等等。橡子、板栗一类果实很坚硬,叫坚果;葵花子的身材很瘦弱,是瘦果;小麦粒下有颖片,称为颖果。
真正的果实本是由花中雌蕊的下半部分——子房发育而成的。可是对许多植物来说,花托或别的结构以至整个花序都参与发育成果实,这类果实就叫假果。例如食用的草莓就主要是由中间膨大的花托发育而成的,被推到膨大花托的外边才是它小小的果实。苹果、梨、山楂、以及各种瓜类都是假果。菠萝是由整个花序发育形成的果实,是聚花果,也是一种假果。
复杂的结构
麻屋子,红帐子,里面睡着白胖子。剥开花生或其他豆荚,你会发现豆子靠一边着生,一粒一室。横切开一个辣椒,所有嫩白的种子着生在中央,而对黄瓜则不然,种子都靠外侧着生,分为三组,酥瓜是五组。横切的苹果或梨可见五角星图案,而油茶果实有四个瓣室的。猕猴桃的果实不论横切后,可见其种子排成了由中间放射排成了漂亮的图案。成熟的石榴笑不拢嘴,露出了满嘴多层的红牙。坚硬的核桃里面保护的是和人的大脑皮层一样的器官——核桃种子。
有些植物果实的种子不是包裹在里面,而是常常完全裸露在外,这方面最典型的例子有木兰含笑、梧桐和苹婆。苹婆的果瓣红红的,边缘黑黑的种子粘连又似不粘连。因为它们是骨突果,各自为政的骨突一成熟就开裂,种子也就被露在外面了。
旅行的高手
好儿女志在四方,植物的种子成熟了也要走出摇篮去远行。许多成熟后的果实和种子是旅行的高手。他们的旅行方式多种多样。鲜美的果子被动物吃到嘴里,其种子洒落到地上或动物的消化道最后回到土里并萌发,这就是一种种子旅行方式。也有的植物的果实外面长着不少的钩爪,能附着在人或动物的身上旅行,如苍耳、蒺藜和鬼针草等就是这样。最值得一提的种子传播方式是植物的自身弹射。因为它们不靠别人,自食其力。这方面最明显的例子,如凤仙花、牦牛儿苗的果实,在接近成熟时,稍有风吹草动就会弹裂,种子被射出很远。干熟的大豆,果皮也能急剧卷曲,把豆粒被弹出老远。喷瓜成熟时果柄脱落的瞬间,种子就会自果柄处喷射而出。有一种禾草,果实上倒生刺毛,受湿气伸张,竟能直往土缝里钻,而且向前不会往后,被人们誉为自动播种机。
随风儿飞翔
有些植物的种子的外皮紧贴住果实的内皮,不容易与果实分开。这时候的种子在旅行时就同果实一起飞翔,称为翅果。而果实妈妈也大都具有特殊的本领。比如枫树的果实长有两个飞翔的翅膀,能够带着里面的种子在风中飘落到很远的地方。榆钱、云南黄杞,石风车子都一样。
还有的果实或种子靠身上长的毛状物飞翔。蒲公英的果实有许多的冠毛,轻轻一吹,即漫天飞舞。飘飞的柳絮就是带着种毛的柳树种子。萝摩的种子、柽柳的种子也都有相似的毛一样的飞翔结构。也有的果实是随水漂流,如红树的果实、椰子等。红树的果实在海浪中漂游,由于有发达的棒状胚轴平衡,决不会倒栽葱扎在淤泥里。一颗大大的椰子里面只有一粒种子,它能随海浪漂泊到很远的地方安家落户。
植物的种类千千万,它们的果实和种子也千差万别。任何一本书也描述不过来。想象一下吧,千姿百态的果实和种子都是孕含着绿色生命的精灵啊,它们可绝对比一台机器复杂得多。朋友们,你观察认识了多少种植物的果实或者种子了呢?
叶的奥秘
不知道哪位大哲学家说过,世界上没有两片完全相同的叶子。地球上的植物种类几十万种,种与种的叶子大不相同。但是拿来同一种植物的两片叶子,我们又一般能够说出它们是同一种植物的。
植物的叶子有哪些共同特点呢?叶子是植物的营养器官,负责接受阳光的照射,进行光合作用,以供应植物体有机养料和能量。这决定了叶子的形态必然大都是片状结构,接受阳光吗,扁平形态,受光面积才最大。要不怎么提到叶,我们总说成叶片呢。其实植物的叶的组成,除了叶片部分,还有很重要的叶柄呢。假如没有叶柄,叶片如何着生在植物体上呢,脱落时也要从叶柄基部脱落才行。一部分植物的叶还有仆从兼保卫——托叶相伴。
也有些植物的叶子并非上述一样。首先是非片状结构的叶子,例如松树,是针叶;柏树,鳞叶,也扁平,但很小;仙人掌,刺状;假叶树,鳞片状。为什么会出现这些非片状或非常态的叶子类型呢?归根结底是这些植物叶片的常规功能发生了变化或转移。松树的叶,一般2针、3针或5针一束,着生在一个不发育的短枝上;柏树的许多鳞叶排在一组扁平的小枝上;仙人掌和假叶树的叶虽非扁平,但茎枝扁平。因为这些植物的光合作用功能已经被茎或者枝替代了。有的植物的叶片很肥厚,例如景天、圆白菜,为什么呢,因为它们多承担一个功能——储藏水分、营养等等。
其次就是在植物叶的叶柄方面。叶片总要有一个与植物枝条相连的叶柄。只有一个叶片连在一个叶柄上,这样的叶叫单叶;有许多个小叶片都连在共同的叶轴或总叶柄上,这样的叶叫复叶,有羽状复叶和掌状复叶之分。小叶位置又是复叶,整个叶叫二回复叶。叶柄一般不是扁平的,但是如果扁平叶柄又仅连着一片小叶,例如柑橘,那是单身复叶,就象单身汉。托叶的形态也有很多,围绕茎的是托叶鞘。禾本科的植物,叶鞘就是叶柄,不过竹子例外。
植物的叶子一段时间后,总是要脱落的,落叶树当年落光,但常绿树种的叶寿命要长,几年后才落。少数落叶树种冬天叶片虽然枯黄,但直到第二年新叶发出才落。如假死柴、多种橡树等。只有一种植物终生只有两片叶子、一百年不落,这就是西南非洲沙漠的百岁兰。但是有一些植物具有脱落性的小枝,例如水杉、梭梭等,有了这些小枝的脱落可以通过减少水分的蒸腾等方式,更好地保证植物主体度过寒冷、干旱等不良季节。天冬草的情况又与上面的松树相似。
叶片着生在枝条上,其正常功能是进行光合作用,但是为了更多地接受阳光,叶子在植物体上的着生方式——叶序是很讲究的。有的互生,有的对生,有的轮生。仔细观察每种植物,尽管它们叶序不同,所有植物叶片都能在受光面上互不遮挡,镶嵌排列(叶镶嵌),以充分接受阳光。
再仅就片状的植物叶子,也更是形状万千。
为什么几乎所有树木的树干都是圆的
自然界的树木,种类繁多。它们的树冠、树叶、果实的形状也千差万别,即使是同一种树木,有时也有一定的差别。但有一点不知你是否注意到,那就是:几乎所有树木的树干都是圆的。这是什么原因呢?
自然界中的所有生物,为了生存,总是朝着最适应环境的方面发展。千百万年来,植物也是朝着有利于自己生存的方向发展。圆形的树干与其生理功能及所处的环境有关。
树干是植物体内物质运输的主要通道,它一方面将根部吸收来的水分和无机盐运送到地上植物体的各个部分;另一方面又把叶部进行光合作用制造的有机物运送到植物体的各个器官去利用和贮藏。在表面积相同的情况下,圆柱体的容积是最大的。所以圆形的树干可以保证植物体内最大的物质运输。我们日常生活中的煤气管、自来水管、玻璃管等都是圆管形,实际上是对自然现象的一种仿造。
树干的另一功能是支持作用。高大的树冠其重量全靠一根主干支撑,特别是硕果累累的果树,挂上成百上千的果实,须有强有力的树干支撑,才能维系生存。而在各种几何图形中,圆柱形具有最大的支持力。
圆柱形的茎生长在空气中,是长期适应的结果。茎在同样的体积下有一最小的与空气相接触的表面。而圆柱形是同样体积中表面积最小的形状。表面积越小,树木的蒸腾量也就越小,这样可以减少植物体内的水分散失。
树木是多年生的植物,它的一生难免要遭受到很多外来的伤害,像动物咬伤、机械损伤,特别是自然灾害的袭击,更是数不胜数。如果树干是扁形的、方形的或其他有棱角的,都容易受到外界伤害。圆柱形的树干就不同了,狂风吹打时,不论风从哪个方向来,都容易沿着圆形的切线方向掠过,受影响的只是一小部分。可见圆柱形树干是最理想的形状了。
因此可以说,树干的形状,也是树木多年生长在自然界中对环境适应的结果。
花与昆虫的微妙关系
虫媒花在利用美丽的花被、芳香的气味、甜美的蜜汁招引昆虫的同时,在形态结构上也和传粉的昆虫形成了互为适应的关系。如花的大小、结构和蜜腺的位置与昆虫的大小、体形、结构和行动等都是密切相关的。
如马兜铃科的马兜铃是一种常见的药用植物,它的花筒很长,雌蕊、雄蕊和蜜腺都在花筒的基部,花筒上部具有斜向基部的毛。它的雌蕊比雄蕊先两三天成熟。当雌蕊成熟时,小虫顺着毛爬进花筒基部去吸蜜,等到吸饱蜜汁试图退出时,因为花筒里的毛都向下生长,小虫一时出不来就到处乱爬,这样一来虫体上所携带的别朵马兜铃花的花粉就粘着在这朵花的柱头上,完成了异花传粉。经过两三天后,雄蕊成熟了,小虫仍在花中乱钻,散出的花粉又粘在小虫身上。有趣的是,这时花筒内的毛萎缩了,被“囚禁”的小虫满载花粉爬了出来,它又飞向另一朵马兜铃花里去,给它传送花粉。
又如玄参科的金鱼草,也叫龙头花,它是唇形花冠。但是唇形花冠的上下唇老是互相扣紧闭合着。雌蕊、雄蕊和蜜腺都闭锁在花筒里面,在这样的一种结构下,如果昆虫太小,就不能踏开下唇,进入花内;如果昆虫太大,虽然踏开下唇,也不能进入里面;只有像蜜蜂这样的中等昆虫,既能踏开下唇,又能进入花冠筒内。当蜜蜂探身进入花冠筒时,它的背部就擦到了花药和柱头,由于花药在两侧,柱头在中央,因此同一朵花的花粉不至被蜜蜂带到自己的柱头上,而蜜蜂背部带来的别朵金鱼草花的花粉正好擦在这朵花的柱头上,从而完成了异花传粉。
唇形科的鼠尾草更有趣,它是唇形花冠,雌蕊和两枚雄蕊都在上唇的下面,并且两枚雄蕊的药隔延长各成一个小杠杆,并列在花冠筒的入口处。当蜜蜂进入花冠筒深处吸蜜时,必然触及杠杆,雄蕊因杠杆作用而下垂,花药正好打在蜜蜂的背部,花粉散落其上。当蜜蜂拜访另一鼠尾草花时,它的。背部触及悬垂的柱头,便将所带的花粉涂到柱头上,完成传粉工作。
热带有一种兰花,它的下唇花瓣很像一只浴盆,里面常贮满清水。“浴盆”内有一条狭窄的甬道,甬道的顶部生有雄蕊和雌蕊。当黄蜂钻进花内吸蜜时,一失足跌入“浴盆”内。当它湿淋淋地爬起来挣脱逃走时,只能从甬道爬出来,这样就让黄蜂把从别朵兰花里带来的花粉,涂抹在这朵花的雌蕊上;同时又让黄蜂把这朵花的花粉带出去。
上面的例子告诉我们,不同种类的昆虫为特定的开花植物传送花粉,同时又以这些植物的花粉作为自己的营养物质。在这种互利互惠、相互适应的过程中,它们各自的种族都得以繁衍。
花与昆虫的关系不是一朝一夕形成的,它是在长期的生物进化过程中,植物与昆虫彼此相适应的结果。
植物也发烧和出汗吗
人在生病的时候不一定都发烧。而只要发烧,那就是有病的讯号,那就应当找寻发烧的原因,千万别延误了医疗。
科学家发现,植物也会“发烧”。有趣的是植物的发烧通常也表明它有病了。譬如,不少农作物的体温只比周围的气温高2~4℃,若是更高,就表明它出了问题了。是什么原因引起植物发烧的呢?科学家仔细观察后发现,植物的病害往往先损害根部,这就影响根对营养的吸收,营养不足会引起发烧。植物因缺水而“渴”得厉害的话,也会发起烧来。实验表明,有病害的植物叶子比正常的植物叶子温度要高3~5℃。
通过观测植物的体温,我们就能根据实际情况,该浇水时浇水,该治病时治病,以便让植物能健康地成长。
植物不仅会发烧,还会“出汗”。
在夏日的早晨,我们会在许多植物的叶子上看到流出的滴滴汗珠,亮晶晶的,犹如光芒四射的珍珠一般。
许多人会说,难道这不是露水吗,怎能把露珠当汗珠呢?其实,露水固然有,但植物的汗水也是名副其实的。
白天,植物在阳光下进行光合作用,叶面上的气孔张开着,既要进行气体交换,也要不断蒸发出水分。可到晚上,气孔关闭了,而根仍在吸水。这样,植物体内的水分就会过剩,过剩的水从衰老的、失去关闭本领的气孔冒出来,这种现象,植物学上就叫做“吐水”。除此之外,植物还有一种排水腺,叫它“汗腺”也可以。这里也是排放植物体内多余水分的渠道。
植物的“汗”一般在夏天的夜晚流出,有时在空气潮湿、没有阳光的白天也会出汗。化验一下就知道,植物的汗水里含有少量的无机盐和其它物质,它与露水是有区别的。
植物的吐水量因品种不同而有差异。据观测,芋头的一片幼叶,在适合的条件下一夜可排出150滴左右的水,一片老叶更能排出190滴左右的水,水稻、小麦等的吐水量也较大。
如果说植物的发烧通常是病理现象的话,那植物出汗却是一种生理现象,是为了保持植物体内的水分平衡,是为了使植物能正常生长。
蔬菜之家
在植物世界里。有一个名叫十字花科的家族,现在已被公认为“蔬菜之家”。经统计,若不计瓜类、豆角类,其成员几乎占到人们所吃全部蔬菜种类的1/4。不过据考证,在远古的时候,该家族虽然成员众多,却大都出入于原野荒滩,并没有什么名气。但自从后来该家族在欧亚非三大陆交界的地中海沿岸地区出了芸薹和甘蓝俩兄弟,芸薹又娶了伊朗的黑芥姑娘生了芥菜之后。众多子孙练就十八般功夫,并到蔬菜王国谋得了职位,他们家族就逐渐鼎鼎大名了。
甘蓝从地中海往欧洲北海沿岸发展,它的后代最了不起,形态变化很多,包括了:结球甘蓝、球茎甘蓝、羽衣甘蓝、抱子甘蓝、花椰菜、青花菜等变种。结球甘蓝,别名洋白菜、圆白菜、卷心菜、包菜等,它叶片肥厚,紧紧拥抱成团,而且营养丰富,已经遍布世界各地,成为最为普遍种植的一种蔬菜。花椰菜的花序花梗肉质,簇拥成紧密的花球,也是人们餐桌上常见的蔬菜。如不采食,任其自然发育,花椰菜和结球甘蓝一样,都能长出高高的花序,并结出果实和种子来。球茎甘蓝又叫苤蓝、擘蓝,也很有名气的蔬菜之一。羽衣甘蓝、抱子甘蓝、青花菜也都别具特色,深受人们欢迎。
芸薹的后代有的向西亚中亚地区迁移,有的一直来到中国南方、中国北方,分别形成了芜菁、白菜、大白菜、油菜几个亚种。白菜亚种后来发生变异,又形成了乌塌菜、紫菜薹、薹菜等变种。而大白菜的变异也使其由散叶类型演化出了半结球变种和结球变种。大白菜的模式产地还是中国北京,以往它是北方人们冬天所吃的主要蔬菜种类。薹菜和紫菜薹不是一回事,它长得和胡萝卜十分近似,肉质根发达且花薹娇嫩。乌塌菜,也叫塌棵菜,主要分布长江流域,在春节前后收获,以经霜雪后味甜鲜美而著称。芜菁又名蔓菁、圆根、盘菜,现在欧亚北美广泛种植。芜菁甘蓝是芜菁和甘蓝的爱情结晶,我们也称之为洋大头菜或瑞典甘蓝。
芥菜迁居中国,演化出了根芥菜、茎芥菜、叶芥菜、薹芥菜、芽芥菜、子芥菜和芥蓝等变种。中国的四川、重庆地区是芥菜的分布中心。当地的人们用茎芥菜制作榨菜,已经名扬国内外。根芥菜,也叫大头菜、芥菜疙瘩,现在全国以至世界各地都在普遍种植,并用来腌制咸菜。雪里蕻(雪里红、雪菜)属于叶芥菜,可制作霉干菜。子芥菜当然是拿种子磨成芥末了。芥蓝,是中国特产蔬菜,主要分布于华南地区,和紫菜薹一样都是以肥嫩的花薹和嫩叶供食用,脆嫩香甜。
萝卜是芸薹、甘蓝、芥菜的表亲(不是一个属的),在蔬菜之家也很重要。虽然萝卜的变化之功仅仅体现在根上,但也演化出了许多的品种,数不胜数,例如大白萝卜、红萝卜、心里美萝卜等等。除此之外,蔬菜之家又出了不少新秀,比如荠菜等一些野菜。
蕃茄为何分酸和甜
人生存所需的能量、营养是通过“代谢”获取的;一旦某种“代谢途径”出了问题,健康就会受到影响。同样,由“代谢产物”决定的蔬菜、水果的营养、色泽、口感、抗病性等不同品质也是这样。同样是西红柿,有的皮厚耐贮藏;有的皮薄易烂;有的偏酸富含维生素C;有的偏甜口感好。到底是哪些“代谢物”引起的这些差异?谁是真正的控制因子?如何才能获得理想的品质?中外科学家的一项最新研究,首次在世界上揭开了植物代谢的奥秘。
中国农业科学院留荷学者、荷兰格罗宁根大学生物信息中心傅静远博士和荷兰瓦赫宁根大学的J.J.B.Keurentjes和C.H.R.deVos博士联手,创造性地将遗传基因组学的新理论,运用到代谢组学上。他们揭示出75%的代谢产物的差异性是遗传因素引起的,而不同生态型间的“代谢物”组成的巨大差别,表明了代谢物对提高植物对环境适应性有着重要作用,也决定了作物的营养、抗性和其他重要品质。
这一最新研究成果发表在英国出版的一期世界顶尖科学杂志《自然遗传学》上。
研究人员选用了被称作植物界的“小白鼠”拟南芥作模型。研究发现,类黄素代谢的新基因只存在生态型“Ler”中。
研究人员在对拟南芥14种生态型和160个“Ler”和“Cvi”生态型杂交形成的杂交重合体,进行了非特异性代谢产物分析后,共分离出2500种代谢化台物。其中,只有13.4%的代谢物存在所有14种生态型巾,而706种代谢物足各生态型特有的,有853种代谢物只在杂交重合体中发生。
研究证实,在单一植物不同生态型中存在着显著的代谢差异,而杂交过程可以导致代谢物组成和数量上的变化。这一发现,对传统育种的代谢工程的改造和生物技术的发展有着重大意义。
用这种方法,研究人员全面掌握了代谢调控的主要基因位点,通过这些位点的筛选、变异,可大大提高育种效率。对全面、整体研究代谢途径提供了可能,并有助于发现新的代谢物和代谢途径。
此前,一直是对代谢途径作“窗口式”的研究,如今,用遗传学、生物信息学的方法,却打开了“一扇门”。
由此,寻找出水稻、小麦、玉米等粮食作物及各种蔬菜、花卉的同位基因,从而提高了育种效率以及加快了农业生物技术的进程。
《自然遗传学》评审称:“这项研究有着重大意义,是对代谢组学的重大推进。其研究结果表现的代谢调控是特异性、构成性、发展性和生理性的。”
该研究还对具有特异性的“未来农业”产生重要影响。比如,以后生产的水稻不再是单纯意义上的,人们可以选择最适合自己“代谢特质”的不同营养组成的大米。
黑色花卉为何稀少
植物花卉品种繁多,花色万紫千红,五彩缤纷,惟有黑花稀有少见。据统计,全球4100多万种植物中,只有8种开黑色花,植物界的黑花为何如此稀少?
据最新研究分析,黑色花稀少的根本原因,是太阳辐射与花卉本身的生理特点决定的。太阳光由7种不同颜色的有效光线组成,每种有色光线的光波长短不同,所含的热量也有明显的差异。在植物界中,红、蓝、橙、白色的花朵,能反射含热量高的有色光。使之免遭高温灼伤,具有自我保护的能力。而黑色花正好相反,吸收热量的能力强,可吸收太阳光的全部光波,使花体内部组织产生高温灼伤,难以生存。如此,经过长时间自然淘汰,黑色花也就固然难得了。
如何区别迎春、连翘和探春
迎春、连翘都是木犀科花木,有很多相似之处,例如都是落叶灌木,叶对牛,花迎春黄色,先开花后长叶等,但两者的区别也是明显的。迎春老枝灰褐色,小枝四棱状,细长,呈拱形生长,绿色。叶全为三出复叶,呈十字形对称生长,叶片较小,卵状椭圆形,全缘,先端狭而突尖。花单生、黄色,高脚碟状,着生于头年生枝条的叶腋间。
而连翘枝条为圆形,小枝浅褐色,茎内中空。常下垂,叶片较大,形至长椭圆形,上半部分有整齐的锯齿,下半部分全缘。单叶或3叶对生,其中顶叶较大,两侧叶小。花金黄色,花瓣较宽。迎春与连翘的主要区别是:迎春花的花每朵有6枚瓣片,连翘只有4枚;迎春的小枝绿色,而连翘的小枝颜色较深,一般为浅褐色;迎春花很少结实,连翘花结实。
迎春与探春虽也有许多相似之处,但两者的区别也是不难识别的。迎春的形态特征如上所述。探春为半常绿灌木。枝条绿色,光滑无毛,但有棱角。叶为互生奇数羽状复叶。小叶通常为3枚至5枚,卵形或长椭圆状卵形,先端尖。顶生聚伞花序,花冠金黄色,花形比迎春花稍大,花期比迎春花稍迟。两者的主要区别是迎春花的叶对生,而探春花的为互生;迎春花的花单生于头年生枝条叶腋间,而探春花为顶生聚伞花序。
植物的五大谜团
植物的“情感”之谜
1966年2月,有一个叫巴克斯特的美国人,他不是研究植物的学者,而是美国中央情报局的专家。有一天,他在给院子中的花卉浇水时,脑中突然闪出一个古怪的念头:用测谎仪的电极绑在植物叶片上,测试一下,看看水从根部上升到叶子的速度究竟有多快。结果他惊异地发现,当水徐徐上升时,电压渐渐下降,而指示曲线则急剧上升。更有意思的是,这种曲线图形,竟与人类在激动时测到的曲线图形相似极了。
难道植物也有“情绪”?如果真的有,那么它又是怎样表达自己的“情绪”呢?尽管这好像是个异想天开的问题,但巴克斯特却暗下决心,要通过认真的研究来寻求答案。
巴克斯特的研究引起了科学界的巨大反响,可是在当时,许多科学家认为难以理解,他们表示怀疑,甚至认为这种研究简直有点荒诞可笑。
不久之后,一位原先根本不相信植物有“感情”的科学家弗格博士,在一次实验中发现,当植物被撕下一片叶子或受伤时,会产生明显的反应。于是,弗格一改原来的观点,在一次科学报告会上指出,植物存在着一种可测量到的“心理活动”,通俗地说,就是植物会“思考”,也会“体察”人的各种感情,假如我们在这一领域进行更深入、更广泛研究的话,还可以按照性格和敏感性对植物进行分类,就像心理学家对人类进行分类那样。
几乎在差不多的时间,前苏联科学家维克多,在探索植物“感情”的研究中,又向前迈进了一步。他先用催眠术控制一个人的感情,将处于睡眠状态的试验者右手,通过一只脑电仪,与附近植物的叶子相连。随后,他对试验者说一些愉快或不愉快的事情,使试验者高兴或悲伤。这时,从脑电仪的记录仪看到,植物和试验者居然产生类似的反应。后来维克多还发现,当处于睡眠状态的人高兴时,植物便竖起叶子,舞动花瓣;当说起寒冷而使试验者浑身发抖时,植物叶子也会索索发抖;倘若试验者万分悲伤,植物便会沮丧地垂下叶子。
一连串神奇的新发现,使科学家们感到越来越难以理解,假如植物确实有丰富的“感情”,那么,它岂不是也会像人类那样产生活跃的“精神生活”?人们对这项研究的兴趣日趋浓厚。
1973年5月,加拿大渥太华大学生物学博士瓦因勃格,每天对一种叫莴苣的蔬菜做10分钟超声波处理,结果长势比没受处理的莴苣要好。后来,美国路易斯安那州的一名研究人员史密斯,有意对大豆播放《蓝色狂想曲》音乐,大约20天后,听音乐的大豆秧苗重量高出未听音乐的1/4。显然,植物喜欢听轻松愉快的音乐,也许正是这类音乐激发起了植物的某种“感情”,从而促使它们加快生长。
就算植物有“感情”,可它们又是怎样表达出来的呢?1983年,美国华盛顿大学两位生态学家奥律斯和罗兹,在研究受害虫袭击的树木时发现,植物在这样的情况下,不仅会产生“恐惧感”,而且还会往空中传播化学物质,对周围邻近的树木传递警告信息。
以上的发现,使我们对植物“感情”的认识大大加深了。最近,英国科学家罗德和日本中部电力技术研究所的岩尾宪三,为了能更彻底地了解植物如何表达“感情”的奥秘,特意制造出一种别具一格的仪器——植物活性翻译机。这种仪器非常奇妙,只要连接上放大器和合成器,就能够直接听到植物的声音。
根据大量录音记录的分析发现,植物似乎有丰富的感觉,而且在不同的环境条件下,会发出不同的声音。例如有些植物声音会随房间中光线明暗的变化而变化,当植物在黑暗中突然受到强光照射时,能发生类似惊讶的声音;当植物遇到变天刮风或缺水时,就会发出低沉、可怕和混乱的声音,仿佛表明它们正在忍受某种痛苦。在平时,有的植物发出的声音好像口笛在悲呜,有些却似病人临终前发出的喘息声。还有一些原来叫声很难听的植物,受到温暖适宜的阳光照射后,或被浇过水以后,声音会变得较为动听。
研究越来越深入,视野也越来越开阔。可是,尽管有以上众多的实验证据,但关于植物有没有“感情”的探讨和研究,依然没有得到所有科学家的肯定。不过在今天,不管是有人支持还是有人反对、怀疑,这项研究已成为一门新兴的学科——植物心理学,进入到科学殿堂的大门。当然,正因为它是一门刚刚诞生的新学科,里面便有无数值得深入了解的未知之谜。
植物睡眠之谜
每逢晴朗的夜晚,我们只要细心观察周围的植物,就会发现一些植物已发生了奇妙的变化。比如公园中常见的合欢树,它的叶子由许多小羽片组合而成,在白天舒展而又平坦,可一到夜幕降临时,那无数小羽片就成对成对地折合关闭,好像被手碰过的含羞草叶子,全部合拢起来,这就是植物睡眠的典型现象。
有时候,我们在野外还可以看见一种开着紫色小花、长着三片小叶的红三叶草,它们在白天有阳光时,每个叶柄上的三片小叶都舒展在空中,但到了傍晚,三片小叶就闭合在一起,垂下头来准备睡觉。花生也是一种爱睡觉的植物,它的叶子从傍晚开始,便慢慢地向上关闭,表示白天已经过去,它要睡觉了。以上只是一些常见的例子,会睡觉的植物还有很多很多,如酢浆草、白屈菜、含羞草、羊角豆……
不仅植物的叶子有睡眠要求,就连娇柔艳美的花朵也要睡眠。例如,在水面上绽放的睡莲花,每当旭日东升之际,它那美丽的花瓣就慢慢舒展开来,似乎刚从酣睡中苏醒,而当夕阳西下时,它又闭拢花瓣,重新进入睡眠状态。由于它这种“昼醒晚睡”的规律性特别明显,才得此芳名“睡莲”。
各种各样的花儿,睡眠的姿态也各不相同。蒲公英在入睡时,所有的花瓣都向上坚起来闭合,看上去好像一个黄色的鸡毛帚。胡萝卜的花,则垂下头来,像正在打瞌睡的小老头。更有趣的是,有些植物的花白天睡觉,夜晚开放,如晚香玉的花,不但在晚上盛开,而且格外芳香,以此来引诱夜间活动的蛾子来替它传授花粉。还有我们平时当蔬菜吃的瓠子,也是夜间开花,白天睡觉,所以人们把它俗称为“夜开花”。
植物睡眠在植物生理学中被称为睡眠运动,它不仅是一种有趣的现象,而且还是一个科学之谜。植物的睡眠运动会对植物本身带来什么好处呢?这是科学家们最关心的问题。尤其最近几十年,他们围绕着睡眠运动的问题,展开了广泛的讨论。
最早发现植物睡眠运动的人,是英国著名的生物学家达尔文。100多年前,他在研究植物生长行为的过程中,曾对69种植物的夜间活动进行了长期观察,发现一些积满露水的叶片,因为承受到水珠的重量而运动不便,往往比其它能自由自在运动的叶片容易受伤。后来他又用人为的方法把叶片固定住,也得到相类似的结果。在当时,达尔文虽然无法直接测量叶片的温度,但他断定,叶片的睡眠运动对植物生长极有好处,也许主要是为了保护叶片以抵御夜晚的寒冷。
达尔文的说法似乎有一定道理,可是它缺乏足够的实验证据,所以一直没有引起人们的重视。直到本世纪的60年代,随着植物生理学的高速发展,科学家们才开始深入研究植物的睡眠运动,并提出了不少解释它的理论。
起初,解释睡眠运动最流行的理论是“月光理论”。提出这个论点的科学家认为,叶子的睡眠运动能使植物尽量少遭受月光的侵害,因为过多的月光照射,可能干扰植物正常的光周期感官机制,损害植物对昼夜长短的适应。然而,使人们感到迷惑不解的是,为什么许多没有光周期现象的热带植物。同样也会出现睡眠运动,这一点用“月光理论”是无法解释的。
后来科学家们又发现,有些植物的睡眠运动并不受温度和光强度的控制,而是由于叶柄基部中一些细胞的膨压变化引起的。例如,合欢树、酢浆草、红叶草等,通过叶子在夜间的闭合,可以减少热量的散失和水分的蒸腾,起到保温保湿的作用,尤其是合欢树,叶子不仅仅在夜晚会关闭睡眠,在遭遇大风大雨袭击时,也会渐渐合拢,以防柔嫩的叶片受到暴风雨的摧残。这种保护性的反应是对环境的一种适应,与含羞草很相似,只不过反应没有含羞草那样灵敏。
随着研究的日益深入,各种理论观点一一被提了出来,但都不能圆满地解释植物睡眠之谜。正当科学家们感到困惑的时候,美国科学家恩瑞特在进行了一系列有趣的实验后提出了一个新的解释。他用一根灵敏的温度探测针,在夜间测量多花菜豆叶片的温度,结果发现,呈水平方向(小进行睡眠运动)的叶子温度,总比垂直方向(进行睡眠运动)的叶子温度要低1℃左右。恩瑞特认为,正是这仅仅1℃的微小温度差异,成为阻止或减缓叶子生长的重要因素。因此,在相同的环境中,能进行睡眠运动的植物生长速度较快,与那些不能进行睡眠运动的植物相比,它们具有更强的生存竞争能力。
植物睡眠运动的本质正不断地被揭示。更有意思的是,科学家们发现,植物不仅在夜晚睡眠,而且竞与人一般同样也有午睡的习惯。小麦、甘薯、大豆、毛竹甚至树木,众多的植物都会午睡。
原来,植物的午睡是指中午大约11时至下午2时,叶子的气孔关闭,光合作用明显降低这一现象。这是科学家们在用精密仪器测定叶子的光合作用时观察出来的。科学家们认为,植物午睡主要是由于大气环境的干燥和炎热,午睡是植物在长期进化过程中形成的一种抗御干旱的本能,为的是减少水分散失。以利于在不良环境下生存。
由于光合作用降低,午睡会使农作物减产,严重的可达三分之一,甚至更多。为了提高农作物产量,科学家们把减轻甚至避免植物午睡,作为一个重大课题来研究。
我国科研人员发现,用喷雾方法增加田间空气湿度,可以减轻小麦午睡现象。实验结果是,小麦的穗重和粒重都明显增加,产量明显提高。可惜喷雾减轻植物午睡的方法,目前在大面积耕地上应用还有不少困难。随着科学技术的迅速发展,将来人们一定会创造出良好的环境,让植物中午也高效率地工作,不再午睡。
植物血型之谜
人类与动物都有血型,这是大家知道的。而使人感到惊奇的是,人们发现植物也有血型。植物既没有红色的血液,又没有红细胞,怎么会有血型呢?这一科学之谜,引起了科学家们的关注。
大家知道,人和一些动物的血液是红色的,里面有红细胞,在红细胞的表面有一种特殊的抗原物质,是它决定了血液的类型(即血型)。但是植物没有红色的血液,也没有红细胞,为什么会有血型呢?科学家通过研究发现,植物体内有类似于人的附在红细胞表面上的血型物质,即血型糖。人体的血型也是由血型糖来决定的,O型血、A型血、B型血,分别由岩藻糖、N-乙酰-D、半乳糖、D-半乳糖所决定。植物体内也有和人类这些血型物质相同的东西,其中以红色果实的植物中数量最多。科学工作者还发现,大多数植物的种子和果实都含有血型物质,并且植物的血型物质在果实成熟和发育过程中,从无到有逐渐增多,到发育成熟后,血型物质便达到最高点。
现在人们已知道,大部分生物的机体内部有血型物质,决定血型的抗原性的基本物质是氨基多糖和蛋白质。由于各种氨基多糖的差别很大,结构也不稳定,所以血型物质种类很多。因而造成了不同种生物血型物质的不同,即使是同种生物,血型物质也不相同。
那么,生物界为什么会存在血型物质呢?目前还不十分清楚。但是,科学家对血型物质的作用已有了一定的了解。比如,通过实验发现,生物体内的糖链合成达到一定长度时,在它的顶端就会形成血型物质,然后合成就停止了。也就是说,血型物质是起一种信号作用。有的科学家认为,植物的血型物质,还具有贮藏能量的作用;由于它的粘性大,似乎又担负着保护植物体的任务。
植物血型之谜,虽然目前还没有全部揭开,但是已开始在侦破案件中应用。据报道,前不久在日本中部地区的某县发生了一次车祸,一名儿童被撞伤,但是肇事司机把车开跑了。后来警察在一个乡村发现了这辆汽车,经过验证轮子上的血型,除了有被撞儿童的O型血外,还有B型血和AB型血。当时警察认为,这辆汽车除了撞伤这位儿童外,还撞伤或撞死过其他人,但司机只承认撞伤了那名儿童,不承认还撞过其他人。后来经过科学研究所的验证,原来其余两种血型是植物的血型,这样才使案件得到正确处理。此外,植物血型还能帮助破案。比如,根据遇害者胃里的食物化验结果,可以知道死者在遇害前吃过什么东西,从而可发现破案线索。
现在日本已研究出了检验荞麦、胡萝卜等一些植物的抗血清。山本茂等人声称,一旦有了已经确定血型的植物的全部抗血清,就能准确地判断植物的种类,这样,利用植物血型侦破案件的时代就将到来。
对植物血型的探索,还只是刚刚揭开帷幕,植物体内为什么会存在血型物质,血型物质对植物本身有什么意义等问题,还没有完全弄清楚,尚待科学家们去进一步研究和探索。随着研究工作的不断深入和发展,人们也将会揭示出植物血型在其他方面的广泛用途。
植物分布之谜
地球上的种子植物有20~25万种。它们的分布情况十分有趣,有的种类分布的范围极广,例如藜科植物中的藜(义名灰菜),是一种一年生草本植物,喜欢生长在荒废地上,特别是垃圾堆附近。春天,靠种子发芽,一长一大片。它们是世界性的广泛分布的种,欧、亚、美洲均有,禾本科的狗尾草也是世界性的种。
有些种类分布范围却比较窄。如油桐、杜仲皆我国特产。有的种不仅分布范围窄,而且环境特殊,例如太行花,属蔷薇科,只在河南北部、河北两南部和山西南部能见到,且多生长于干旱地方或岩石缝中。又如绒毛皂英,只在湖南南岳衡山有,且只有两株,成为珍稀濒危植物。
十分有趣的是,有些植物的种的分布是间断的,如天麻,属兰科。我国东北有,西南有,而华北却极罕见。木兰科的鹅掌楸属只有两个种,一个种分布在中国,一个种分布在美国,中间隔着浩瀚的太平洋,这两个种的形态十分相似,这也是一种间断分布。
植物学家们对植物的分布,尤其是间断分布有浓厚的兴趣。他们对为什么产生这种现象迷惑不解,又舍不得丢下这类问题不管。近一二百年来,国内外学者对植物的分布之谜作了大量研究,搞清了一些问题,但有些仍停留在学术讨论阶段,有些则根本不知怎么回事。
为什么会出现这种间断分布呢?一些植物学家推想,这些植物原来是不间断分布的,后来由于某一地区环境变迁,不适宜于这种植物生长而绝迹,于是就出现了分布区中的间断现象。例如天麻,在华北地区本来没有分布,忽然有一年在河北省井陉地区发现少量的野生天麻,这说明华北地区以前也曾有天麻分布。可能因为天麻是著名药物,大量的人工采挖使它在华北绝迹了,今天偶尔见到几根,也许是大难不死侥幸逃脱的“幸运”者。从这里可见人工保护自然植物资源的重要性。
间断分布会不会是一个种从两个不同地区起源而造成的呢?这个可能性不大。一般来说,种的起源总是一次,不可能两次。
一个有趣的例子是,在紫草科的附地菜属中,有一种蒙山附地菜,历来仅知为山东特产,也只分布于泰山和蒙山。这是一种极不起眼的小草本植物,花也极小。近些年调查,发现在北京市门头沟区的龙门涧也有生长,而且是一位业余采集家采到的,经鉴定确认为蒙山附地菜。从北京到山东泰山的距离不短,这无疑是间断分布。这个间断地区并无重大环境变迁,那么为什么这种小草会间断分布呢?
蒙山附地菜不能当菜吃,也不是什么了不起的中草药或花卉,因此它不会被人大量采挖,也不大可能是有人从山东带了它的果实(不管有意或无意)来撒在北京的。因此,这种间断分布真不知是怎么回事了。
植物“自卫”之谜
植物在遇害时能不能像某些动物那样奋起自卫?不少科学家正想方设法对此作出满意的答复。
1970年,美国阿拉斯加州的原始森林中野兔横行,它们疯狂地啃食嫩芽、破坏树根,严重威胁植物的生存。人们绞尽脑汁围捕野兔,但收效不大。就在这时,奇迹出现了,野兔们集体闹起肚子,死的死,逃的逃,几个月后森林中再也见不到它们的踪迹。原来,兔子啃过的植物重新长出的芽、叶中产生了大量叫“萜烯”的化学物质,野兔吃了它,厄运就降临了。1981年,同样的事情再度重演。一种叫舞毒蛾的害虫袭击美国东部的橡树林,400亿平方米的橡树叶子在短短的时间内被啃得精光。严重的灾情使林学家们感到一筹莫展,因为对付舞毒蛾这种危害强烈的害虫,任何措施都无济于事。可奇迹又出现了,植物的“自卫”使橡树林在遭灾一年后又恢复了青春。橡树叶的化学成分分析表明,虫咬前叶子所含的单宁酸并不多,被舞毒蛾噬咬后,橡树叶中单宁酸含量大增。它一旦跟害虫胃内的蛋白质结合,舞毒蛾就很难消化橡树叶,变得病恹恹的,或一命呜呼,或被鸟类啄食。
英国植物学家厄金·豪克伊亚发现白桦树和枫树也会“自卫”:受到害虫进攻后,几小时或几天内就能生成酚类、树脂等杀虫物质。有趣的是,美国科学家还发现,受害的柳树、糖槭等植物会通过散发挥发性物质,向远处的伙伴发出入侵的警报,及时通知同类做好集体自卫的准备。
植物既无神经,也无意识,它们是如何感受到害虫侵袭的?又是如何适时调整,合成对自身无害、而对害虫却有威胁的化学物质?它们又是如何发出和接收入侵“警报”的?这些至今还是难解的谜。
竹子为什么不会增粗
许多树木都会越长越粗,可是竹子就不同了。竹子也能生长许多年,但是它的茎一出土面,就不再长粗了。年龄再大,也只能长这么粗。这是什么原因呢?
因为竹子是单子叶植物,而一般树木大多是双子叶植物。单子叶植物的茎是没有形成层。
如果把双子叶植物的茎切成很薄的薄片,放在显微镜下面观察可以看到一个一个维管束,维管束的外层是韧皮部,内层是木质部,在韧皮部与木质部之间夹着一层薄薄的形成层。它每年都会进行细胞分裂,产生新的韧皮部和木质部,于是茎才一年一年粗起来。
如果把单子叶植物的茎横切成薄片放往显微镜下面观察,也可以看到一个一个的维管束,维管束的外层同样是韧层部,内层是木质部,但是韧皮部与木质部之间还没有形成层。所以单子叶植物的茎只有在开始长出来的时候能够长粗,到一定程度后就不会长了。除了竹子之外,小麦、水稻、高粱、玉米等等都是单子叶植物,所以它们的茎到一定程度后就不再长粗了。
藕断为何丝还连
成语“藕断丝连”的意思是藕已断开,但丝还连接着。比喻表面上断了关系,实际上仍有牵连。当我们折断藕时,可以观察到无数条长长的白色藕丝在断藕之间连系着。为什么会有这种藕断丝连的现象呢?
这就要观察一下藕的结构了。原来植物要生长,需要运输水和养料的组织。植物运水的组织主要是一些空心的长筒形的细胞组成的导管。这些组织在植物体内四通八达,在叶、茎、花、果等器官中就像血管在动物体内一样畅通无阻。
植物的导管内壁在一定的部位会特别增厚,成各种纹理,有的呈环状,有的呈梯形,有的呈网形。而藕的导管壁增厚部却连续成螺旋状的,特称螺旋形导管。在折断藕时,导管内壁增厚的螺旋部脱离,成为螺旋状的细丝,直径仅为3~5微米。这些细丝很像被拉长后的弹簧,在弹性限度内不会被拉断,一般可拉长至10厘米左右。
藕丝不仅存在于藕内,在荷梗、莲蓬中都有,不过更纤细罢了。如果你采来一根荷梗,尽可能把它折成一段一段的,提起来就像一长串连接着的小绿“灯笼”,连接这些小绿“灯笼”的,便是这种细丝。这种细丝看上去是一根,如放在显微镜下观察,会发现其实是由3~8根更细的丝组成,就像一条棉纱是由无数棉纤维组成一样。
植物界的“寄生虫”
绝大多数高等植物都能自食其力,它们通过根系直接从土壤里或水中吸收水分和无机盐,同时,又通过自身的绿色组织进行光合作用,制造出自己生长发育所必需的有机营养。可是,有一部分高等植物,却过着不劳而获的寄生生活,它们生长发育所需要的营养物质必须从植物体内获得,在这种寄生关系中,受害的一方称为寄主植物,得利的一方称为寄生植物。
寄生植物可分为全寄生和半寄生两大类。全寄生的植物,其生长发育所需要的水分、无机盐和碳水化合物,全部从寄主体内获得;半寄生植物的体内含有绿色组织,能进行光合作用,制造有机营养物质,但是水分和无机盐的获得要依赖于寄主植物。
寄生植物具有许多适应于寄生生活的形态和生理特性。寄生植物的植物体都趋于简化,并且都具有专性的固着、吸收结构——吸器。吸器穿过寄主的表皮、皮层而伸达寄主的维管束,这样使寄生植物的维管束与寄主植物的维管束相联结。寄生植物具有惊人的繁殖力,有些寄生植物除种子繁殖外,营养繁殖能力也特别强。另外,寄生植物的营养体还有很强的生命力,在没有碰到寄主时,能长期地保持生命不死,一旦碰到寄主,又能恢复生长。大多数寄生植物仅限于寄生在一定科、属的植物上,属于专性寄生植物。
旋花科的菟丝子是一种典型的寄生植物。春天,菟丝子的种子从地里发芽,先长出一股纤细的绿色蔓茎,这股蔓茎左右转动,向上生长,碰上一个合适的寄主,便迅速缠绕上去,然后长出许多吸器。菟丝子与寄主发生关系后,便与土壤脱离了关系,由寄主供给水分和养料,开始了“不劳而获”的寄生生活。它的叶子和下部的根就成了多余的东西,于是根死去,叶子退化,形成半透明的小鳞片。菟丝子常寄生于豆科、菊科、藜科等草本植物上,对大豆危害最严重。菟丝子为全寄生植物。
秋冬季节,大多数树木叶子都已凋谢,只剩下光秃秃的枝干了。但在山野里的榆、槲、栎、柳、桑、柿、梨等树上,常可以看到有一丛丛常绿的叶子附在枝干上,不凋落,这就是桑科的寄生植物槲寄生。槲寄生为常绿小乔木,它的茎常一再左右分叉,在分叉的枝端着生一对稍带肉质的叶子,花开两叶之间,浆果球形,熟时红色。它的果实鸟类最喜欢吃,但它的果肉富于粘性,粘在鸟嘴上不易脱落,鸟类便用嘴在树皮裂缝处用力剔除。这样便无意识地把种子“播种”在树上,为槲寄生找到了寄主。槲寄生的根,构造简单,深入寄主维管束中夺取寄主的水分和养料。但它的叶子含有叶绿素,可进行光合作用,因此它是一种半寄生植物。
寄生植物的种类很多,奇形怪状,但它们对寄主都是有害的。然而寄生植物也有有利的一面,它们中有许多是贵重的药材,被我国人民长期利用,如菟丝子、列当、野菰、肉苁蓉、桑寄生等。
红叶是秋天的宠物。每至深秋,那朝霞一般斑澜夺目的红叶给秋色增添了无限魅力。古往今来,人们习惯于把美丽的枫叶与金色的秋天紧紧地联系在一起。“停车坐爱枫林晚,霜叶红于二月花”,描写了一幅多么迷人的秋色红叶图,真可谓咏枫之绝唱。
其实,植物界中到了秋天叶子变成红色的,除枫树外还有许多种类。最常见的有槭、乌桕、野漆树、盐肤木、卫予、爬山虎、黄栌、丝棉木、连香树、黄连木、擦树等。
北京香山的红叶主要是黄栌。黄栌又称栌木,为漆树科落叶丛生灌木或小乔木,高3~4米,其叶单生,叶柄细长,犹如一面小团扇,初为绿色,人秋之后渐变红色,尤其是深秋时节,整个叶片变得火红,极为美丽。黄栌花小而杂性,黄绿色,花开时,满树小花长着粉红色的羽毛,远远望去,犹如烟雾缭绕,别有风趣,所以欧洲人称它为“烟雾树”。
黄栌原产于我国北部及中部,除北京香山之外,长江三峡的红叶也主要由它所构成。黄栌的木材可做黄色染料。过去帝王穿的黄云缎多用它做成的染料染成。
枫树是我国又一类著名的红叶树种。真正的枫即枫香,属金缕梅科,为落叶大乔木,是南方的主要红叶树种。江南胜景南京栖霞山的红叶主要是枫香。每当叶红之际,层林尽染,赏秋游人纷至沓来。相传,此山因深秋时节满山红叶,色如丹霞栖息在山上,“栖霞”由此得名。
红叶在北方,人们常见到的“红枫”、“五角枫”等并非真正的枫,它们实际上是槭树科的树种。槭树科是个大家族,广泛分布于东亚、北美、欧洲和非洲,其中以鸡爪槭、茶条槭、元宝槭、色木槭等树的红叶最为著名。与枫香比,槭树的叶子红得更加透彻强烈。
树木的叶子为何秋日变红呢?原来绿色植物的叶片里含有多种色素,这就是叶绿素、叶黄素、胡萝卜素、类胡萝卜素和花青素等。在植物的生长季节中,由于叶绿素在叶片中占有优势,所以叶片保持着鲜绿的颜色。到了秋季,气温下降。叶绿素合成受阻,遭到的破坏则与日俱增,所以含叶黄素、胡萝卜素多的叶片就呈黄色。红叶树种此时在叶片中产生了一种叫花色素苷的红色素,所以叶片呈现出美丽的红色。
在自然界中还有一些植物如紫叶李、红苋等,它们的叶子在全部生长季节中都是红的,这是由于红色素在这些植物叶片中常年都占据优势的缘故。
果树为什么有大年与小年之别
果树产果时,往往有个奇特的现象,即若它今年结了很多果子的话,那么,明年就不能多结果或甚至完全不结果了。这种现象在苹果、梨等一些主要果树上,表现得更为明显。人们把这种现象叫做果树的大、小年。
果树的大小年,给果园的计划生产和管理带来了困难,也影响了市场的正常供应。而且,不均衡地结果实,也容易使果树本身加速衰老。多少年来,人们都在不断地探索着果树产生大、小年的原因。
果树上结果的多少,粗看起来似乎是由花芽的多少和花、果脱落情况决定的。如果在秋天。果树形成的花芽多,那么第二年开花数量自然也会多,为丰产奠定了基础;相反,如果头年果树形成的花芽很少,那么第二年结果就少。产生花芽多少的原因是什么呢?一般认为,这是果树生理积累差异所致。果树在大年里,结果多,养料首先要充分供给正在生长发育的果实,而果树枝条得不到充足的营养,也就影响了花芽的发生,决定了第二年的开花数量不多。但是,果树的大、小年并非如此的有规律地只与花芽数量有关,生产中常有不测“风云”。
与果树大、小年有关的花、果脱落问题,目前已从形态解剖学上找到了理论根据。发现控制花果脱落的“机关”在花柄和果柄的基部,在植物学上称它为“离层区”。当落花落果时,“离层区”里的细胞很快地形成一分离层和一保护层组织。分离层由两层或两层以上的细胞构成。这部分细胞比周围细胞小而狭长,含有丰富的原生质、淀粉和可深性糖。当分离层细胞中胶层里的不溶解的果胶酸钙转变成可溶性果胶,并变成小分子的多糖醛酸后,中胶层便溶解了,于是两层细胞逐渐分离,彼此失去联系。这时,离层区组织就支持不了花、果的重量,微风一吹,花果便会自然脱落,脱落后,保护层就暴露在外面,表面形成一层木栓化的保护组织,使断处免受病虫害的侵袭和防止失水过多。虽然从形态解剖学上已了解了产生花、果脱落的原因,但是,如何从生理生化的角度来阐明这种机理,从而达到能人工控制花、果脱落,还有无数未解之谜待人们去揭开。
纵观上述对于果树大小年的分析,似乎合理解决果树营养生理上的矛盾,是行之有效的办法。人们会自然地想到,在大年的时候能否去掉一些果子,使果树在当年的秋天,多形成花芽,保证来年的继续丰产呢?但多次的实验结果,并不令人满意。主要是疏果的标准难于掌握。疏多了,产量降低;疏少了,又没有什么效果。
疏果的目的既然是为了节约果树体内的营养物质的消耗,那么,疏掉一部分花不是更好吗?因为及早除去多余的花朵,能使枝叶生长更加繁茂。美国科学家倍雷曾做了一个实验,他把花嫁苹果和旭苹果各疏去70%以上的花,试验结果非常理想,不但克服了果树的大小年,而且获得了丰产。但是这个方法,费工多,时间要求紧,在生产上没有实用价值,不能得到推广应用。
后来,经试验找到了用化学药剂喷洒的办法。用二硝基盐的药剂,在开花后2~3天喷洒,可以保证那些已经传粉受精的花朵安然无恙:而可以杀死那些正开放的花朵里的花粉和柱头,这样巧妙地疏去部分后开的花朵,可以有效地控制果树的大小年。不过,许多人认为,这种办法是消极的。
因此,我国不少园艺学家又提出了“保花保果”的积极主张。要想尽一切办法,让果树“吃饱喝足”,增加果树体内的营养物质,这样既能保证果实累累,又可使后继的花芽数量繁多。于是,人们采取了种种生产措施。例如,花前施氮肥,花后施磷肥,土壤中保持适当的水分,的确提高了座果率。又如加强田间管理,施足基肥,及时除草,合理间作,也有一定的增产效果。此外,通过整枝修剪,协调营养生长和生殖生长之间的关系,促进花芽分化,提高单位面积的座果率,可增加产量。近年来,生产上还利用植物生长调节剂以及多种数量元素,及时进行喷洒,也收到了好的效果。我国烟台地区的某果园,就是采用了种种“保花保果”的措施,使香蕉苹果出现了连年亩产达7.5吨左右的好收成。
但是,也有不少“保花保果”的实验是失败的。例如,1959年,辽宁省有个果园管理很好,果园的肥水控制得当,当年一棵苹果树就结了812公斤的果实,谁知第二年这棵树只开了28朵花。看来关于果树的大小年问题,奥秘尚未彻底揭开。
出面粉的阿里树
在云南独龙江一带的原始密林中,生长着一种奇特的会出面粉的阿里树,(独龙族语)。过去遇上天灾的年头,这种阿里树还救过成千上万难民的性命,他们亲切地将它称之为救命树、面包树。在当地,一棵上好的阿里树可以换一头独龙牛或三四头架子猪。一棵较大的阿里树可以采得200多斤的面粉,可供一个人吃上一年。
这种阿里树多生长在海拔1200米至1800米的山林里,又粗又高,高达10米甚至更高,茎粗够一个人合抱。且茎杆直立,呈灰白色、不分枝,叶片特大,宽一米多、长足有三米,犹如是一扇巨大的芭蕉扇,遇上下大雨,取一片叶子可作雨伞用。
阿里树一生只开一次花,结一次果,结果之后,就慢慢枯死。似乎它一生的目的就是为了开这一次花、结这次果似的。阿里树结出的果实有葡萄大小,成熟之后呈黑褐色,一串足有一米多长,是一种上好的油料。挂果之期的阿里树,垂着长长的串串果实,十分好看。阿里树的树干触摸起来,十分的松而软,树心里含有大量淀粉。成熟时,砍倒树之后,用斧头或木棒敲打,淀粉就会一团团落下来。这种淀粉非常细腻,味道很香。这些淀粉比水重,为了取淀粉方便,当地人常常将阿里树砍成几截后,架在哗哗流淌的小河上方,然后在河中放上水桶,再轻轻敲打木头,淀粉就顺水流进桶里。水桶里沉淀了淀粉后,倒去水,晒干,就变成可口的面粉了。
用这种方式取得的面粉,是上好的营养品。吃起来非常方便,只要将两匙面粉放入口缸中,再加上适量的糖,用开水冲一下就成为非常甜美可口的稀糊了。在当地,每逢贵宾来临,主人就热心为客人端上一杯这种饮料。这实际上是一种当今难得的、从未受到任何污染的绿色食品。这种阿里树面粉还可做可口的粑粑,松软、甜润。当地独龙族人将这种树的面粉当作最好的粮食,走亲串寨或出远门,总是要将阿里树的面粉带上。
阿里树,在独龙族人的心中是非常神圣的,甚至可以说是神树。可惜,这种树数量不多,且种植难,不容易推广。上世纪50年代初广州华南植物园曾经引种过面包树,可惜因气候的原因,未能很好成活。1999年在云南昆明世界花卉园艺博览会的温室有其身影。
为什么植物也能“破案”
植物也可以用来侦破案情,这是真的吗?国外已经有不少利用植物的孢子或者花粉来帮助人们分析判断案情的事例了。
曾经有这样一个案情:一个游客在美丽的多瑙河上旅行的时候,却在维也纳附近的地方莫名其妙地失踪了。不论是直升飞机侦察还是打捞,都找不到他的尸体。不久,警方拘留了一个重大嫌疑分子,但此人一口否认,拒不承认。警方在花粉工作者的帮助下,分析了这个人鞋上泥土里的花粉,判断出行凶地点就在维也纳南部的某树林里。嫌疑分子听了之后,大为惊恐,只好如实交待了罪行,并将警方带到一个偏僻的树林中找回了尸体。
花粉为什么能“帮助”警方侦破案情呢?因为,根据花粉,可以判断出这些花粉属于什么植物,根据这些植物的分布和结花粉的时间,又可以判断出事件发生的地点范围和大约的时间,这样就可以协助警方侦破案情了。
同样道理,孢粉也能协助警方分析案情。在瑞典,有一位妇女在旅途中被害。尸体在一个树林中。孢粉研究者对被害妇女衣服和鞋上的泥土和污物进行了分析,根据孢粉大量飘落的时间,判断出作案的时间是在5月,而孢粉所属的植物正是分布在这个树林里的植物,因而又判断出作案地点就在这个树林里,尸体没有被移动过。
没有想到吧,小小的孢粉与花粉竟能帮助人们侦破案情,这门学问叫做——判断生物学。
当纸书写的树叶
西双版纳傣族,在元朝初年便开始使用本民族的傣仂文。那时候傣族还没有学会制纸,人们用于书写的材料是一种树叶。这种可以当纸书写的树叶叫做贝叶。这种可以当纸书写的树叶,如今还偶有使用。傣族佛寺中保存的佛经,相当一部分是用贝叶抄录,被为“贝叶经”。
贝叶是棕榈科植物贝叶棕的叶片。贝叶棕,古书上记载为贝多树,生长于热带亚热带地区。段成式《酉阳杂组·广动植之三》中有记载说,“贝多树出摩伽陀国,长六七丈,经冬不凋。此树有三种,……西域经书,用此三种皮叶。”佛教传入西双版纳以后,西域用于刻写经文的贝树随之传人,西双版纳信仰南传上座部佛教的傣族、布朗族采贝叶传抄佛教经典,创造了独具特色的贝叶文化。
贝叶棕和油棕树一般粗壮,单株独立生长,株高可达十余米,主干直径可达0.5米左右。扇圆形的长柄叶长于树梢,呈螺旋状般围着树顶。木质叶柄不会自行脱落,须人工逐枝砍除,笔直的树干上留着密密麻麻的叶柄残根,给人一种毛刺刺的感觉。据记载,贝叶棕有三种,其中一种的叶子连柄在内有十余米长,要数人合力才能挪动。西双版纳地区的贝叶却没有古书上记载的长,其掌状绿叶的直径,一般只有1~1.5米。叶沿深烈至中部,烈叶宽六七厘米,像手指般伸向前方。佛教信徒用于制作贝叶经的贝叶,是先采鲜叶,按一定的规格载条,压平打捆,加酸角、柠檬入锅共煮,再洗净、晒干压平,用默线弹成行,再用铁笔按行刻写。尔后在写满字的贝叶上涂一次墨,用布抹擦。让墨汗残留在刻痕内,形成清晰字迹,再装订成册保存。用贝叶刻写的贝叶经书,具有防潮、防蛀、防腐等特点,可保存百年而不烂。
亭亭玉立的贝叶棕,有开花结实特性,但不像其它植物那样地年年开花。一株贝叶棕,一生只开一次花,生命之路便宣告走到尽头。贝叶棕开花时,叶柄根上便长出许多穗状花序、指头般大小的圆形果实,像串珠般吊在树上,极为美观。果实成熟之后,母树随之萎,留下一批繁育后代的种子而“乘鹤西去”。
绞杀树木的恶魔
植物王国也和人类世界一样,存在着掠夺、扼杀和反掠夺扼杀的斗争。有种植物从问世之时,便落脚在别的树上,吸取寄主的养分养活自己。长大以后不仅不会感恩,反而变本加厉地进行掠夺,不置寄主于死地决不罢休,这种专事掠夺、扼杀寄主的植物,就是被人称为林中恶魔的绞杀植物。
林中恶魔,最常见的是榕树。榕树多数都会结果,果味酸甜,是鸟类的天然食物。飞鸟吸食榕树种子以后,未及消化便把它排泄在其它乔木的枝干上,那种子便在寄主植物上发芽、生根,长成一棵幼榕。幼榕很小的时候,只有极少的附生根,紧贴着寄主的树干,吸取水分、养分。随着植株的成长,幼榕开始生长气生根,顺着寄主树干迅速往下伸延,数年以后便扎入土壤,开辟另一条吸收养分的渠道。小榕树在从寄主身上吸取养分的同时,又从土壤里获得营养,于是便开始迅速成长。新的气生根不断扎入泥土;老的气生根,一边长粗,一边分生侧根;侧根上再分生出许多支部。众多的气生根抱住寄主的枝,围住寄主的主干,开始对“恩人”进行绞杀。树干上的气生根,生长迅速,生命力极强,只要相互接触便能粘连、融合,渐渐在寄主的主干上形成根网,紧紧地箍住老树,既束缚它的生长,又掠夺的养分。被绞杀的大树,虽然还抽树长叶,树干的成长却受到限制。榕树的气生根包住寄主以后,迅速膨大增粗,拼命对寄主进行绞杀;枝干也迅速上长,使枝叶超过寄主。形成上与寄主抢夺空间与阳光,下与寄主争夺养分水分,紧勒寄主躯干,阻止养分水分输送的剧烈斗争。被绞杀的树,光合作用受到影响,养分、水分供不应求,长期处于“饥渴”状态。树势渐衰,渐渐被榕树绞杀得叶落枝枯,粗大的树干最终也枯朽消失,根也腐烂为绞杀植物的养分。不起眼的榕树小苗,就这样使许多成材的大树变成朽木。绞杀植物一旦附生,不论寄主多粗多大,最终都难逃被绞死的命运。因此,植物工作者把绞杀植物视为林中恶魔。
植物奇妙曲线
植物奇妙曲线
世间万物,各有其性,以植物而言,枝蔓茎干绝大多数都是直向生长的,而有一些植物却是盘旋生长的。如攀援植物五味子的藤蔓就是左旋按顺时针方向缠绕生长的。与此恰恰相反,盘旋在支架上的牵牛花的藤在旋转时,却一律按逆时针方向盘旋而上,如果人为地将其缠成左旋,它生出新藤后仍不改右旋特性。
令人惊异的是,还有极少数植物藤蔓的螺旋是左右兼有的。如葡萄就是靠卷须缠住树枝攀援而上,其方向忽左忽右,既没有规律也没有定式。英国著名科学家科克曾把植物的螺旋线称为“生命的曲线”。
植物的枝蔓茎干为什么会出现左右旋转生长的现象呢?一般认为,这是由于南北半球的地球引力和磁力线的共同作用。而最新的研究表明,植物体有一种生长素能控制其器官(如茎、藤、叶等)的生长,从而产生螺旋式的生长(攀援),这是个遗传问题。
那么,遗传又从何而来?近年来,科学家通过研究认为,遗传的发生也与地球的两个半球有关。远在亿万年以前,有两种攀援植物的始祖,一在北半球,一在南半球。植物为了得到充足的阳光和良好的通风,紧紧跟踪东升西落的太阳,漫长的进化过程使它们形成了相反的旋向,而那些起源于赤道附近的攀援植物由于太阳当头而没有固定的旋向,便成为左旋和右旋兼而有之的植物。
神秘果有什么神秘的地方
糖是甜的,醋是酸的,辣椒是辣的,苦瓜是苦的,生柿子是涩的,不同的食物有不同的味道。然而,在非洲西部的热带森林里,却生长有一种奇异的树,人如果吃下少许它的果实,大约4小时以后,无论再去吃酸的,辣的,苦的,还是涩的食物,人的味觉都会发生奇妙的变化。这时候,人的嘴里苦辣酸涩全都感觉不到,只觉得甜滋滋的。
吃下一点点果实,能改变人原本的味觉,这真是一件神秘而令人不可思议的事啊。因此,当地的人给这种奇异的树取名叫“神秘果”。
神秘果是一种属于山橄榄科的乔木,它高四米左右,四季常绿,每年的4~10月开花结果。它的椭圆形果实不大,只有二厘米,直径八毫米,成熟以后变成红色。和其它能结果的植物比起来,神秘果实在是貌不惊人。
那么,神秘果为什么能具有改变人味觉的神秘特性呢?起初谁也说不上来,只觉得十分神秘,后来,人们对它的果肉进行了化学分析,才揭开了其中的奥秘。原来,在神秘果的果肉中含有一种叫糖朊物质,这种物质自身虽然并没有什么甜味,可它附着在人的舌头上时,却能嵌入人舌头的甜味感受器之中,使人的味觉发生改变。这时候,人再吃其的酸苦的食物,自然就吃不出原来的味道来了。
神秘果不但有改变人味觉的神奇作用,而且,营养丰富,可以用来制作饮料和糕点。有趣的是,非洲还有一种叫森林匙羹藤的植物,它的叶子也能改变人的味觉,不过和神秘果正相反,人吃了它的叶子之后,不管再吃什么甜东西,都会觉得索然无味了。
植物身上的刺是从哪里来的
植物最令人讨厌的,就是它身上的刺。如果一不小心被扎上,就会将人刺得疼痛难受,重的还会划出血来。这些可恶的刺,其实都是植物身上的其器官演变过来的。
就拿仙人掌来说,它身上的刺是由叶子退化而成的。仙人掌的老家是在干旱的沙漠地区,那里雨水少,但蒸发强烈,为了适应干旱生活,它将叶片退化成针状,缩小水分蒸发的面积,以绿色肥厚的肉质茎代替叶片进行光合作用。小蘖、洋槐等身上的刺,也是叶子退化而成的。所以,这些刺叫做“叶刺”。
有的植物如枸杞、山楂等,它们的刺是茎演变成的,叫做“茎刺”。茎刺有一个特点,就是刺的着生有一定位置,而且从茎的内部产生,和茎的维管束是相连的,一般不容易折断或剥离。即使强行折断,断面也很不平整。
还有蔷薇、玫瑰、月季等所生的刺,由植物的表皮毛和少数皮层细胞变形而成,叫做“皮刺”。这些刺的外形跟叶刺、茎刺很像,但实际上完全不一样,它们与茎的内部毫无关系,着生的位置很混乱,而且很容易剥离,剥离后的断面也很光滑。
植物浑身长刺看似很可怕,其实对它们的生存是非常有利的。人或动物看到全身长满尖刺的植物,往往会犹豫不决,退避二三舍,这对植物来说就增加了一份安全感。
植物有胎生的吗
植物确实有胎生的,它就是生长在热带和亚热带沿海地区的红树。胎生植物果实成熟后,不离开母株,种子并不掉落,在果实内直接发芽长成幼苗。红树的胚芽从果实中钻出来并长成幼苗,还像胎儿那样汲取母树的营养。当小树长到约30厘米左右高时,便落到海滩泥地里,几小时就生出根来,如果落下正遇涨潮不能插入泥土,它会随水漂流,待到退潮时,一旦遇到泥土,它就照样能扎下根,生长发育。
水生植物为什么能在水中生活
水生植物长期在水域中生长,植物形态及生理特性形成了广泛的生态适应性:典型水生植物的根不发达,甚至退化,无根毛,表皮有吸收功能。茎纤细,机械组织不发达,表皮也有吸收功能。有些种类,如莲具气道发达的根状茎。叶,无栅栏组织和海绵组织的分化,细胞间隙大,无气孔。叶片呈条带状,如苦草;呈丝线状;如金鱼藻、狐尾藻。叶柄细长,可以随水位抬高而伸长,如荇菜的叶柄长可达2米。有些种类具异叶现象,如野菱有菱形和羽状细裂的两种叶片,前者漂浮水面,后者沉水中。花,常有伸出水面的花茎,开花于水面上,如苦草的雌花佛焰苞有长梗,达2米以上,开花时伸出水面,受粉后长柄旋卷将子房拖入水下结果。水生植物的无性繁殖力极强,很多种类如黑藻、菹草、竹叶眼子菜等的枝条断离母株后,即可形成新株。
植物也会“气喘吁吁”吗
当环境空气受到污染或气压发生急剧变化时,人们常感到胸闷或呼吸困难,年老体弱者甚至呼吸加快,气喘吁吁。植物在受到空气污染时出会“气喘吁吁”吗?
国内外学者在研究空气污染对植物的影响时,发现污染物不仅能造成植物外部形态的可见伤害,如叶片伤斑、果实变小、植株生长减缓甚至死亡等,而且对植物叶片内部细胞的生理生化活动也会造成一系列看不见的影响,如光合能力下降、叶绿素含量减少、细胞膜透性增大、酶的活性改变等。特别有趣的是,多数植物在受到空气污染时,也会表现出呼吸强度增大的“气喘吁吁”现象。有人将多种植物置于一定浓度的有害气体(氯气)的环境中,经过一段时间的“熏气”处理后,结果绝大多数植物的呼吸强度有了明显的增加,其中雪松、桧柏、中山柏等植物叶片的呼吸强度“熏气”后提高了一倍多,女贞、瓜子黄杨、铅笔柏等植物提高20~60%。植物为什么在受到空气污染时也会“气喘吁吁”增大呼吸强度?目前还没有一个令人信服的解释,有待人们去进一步揭秘。
植物对空气污染的“气喘吁吁”反应,是植物对不良生存环境的应变反应。利用这种反应人们可以了解污染物对植物的危害和影响情况。
植物为什么会闭花受精
春华秋实,开花结籽,这是植物世界繁殖后代的一般规律。然而有的植物却偏偏不“循规蹈矩”,有花不开放,但却照样能够繁殖后代。例如,堇菜科的一些植物,它们的花就永远不开放。在这些关闭着的花朵里,早在花芽时期就进行自花受精。这时候,它们的花粉可以直接传递到同朵花内的雌蕊上,或者花粉在花粉囊内萌发,花粉管穿过药壁而伸入子房,从而完成受精过程。这种特殊的生理现象在植物学中被称为“闭花受精”。植物为什么会闭花受精呢?
早在100多年前,英国著名生物学家达尔文,曾在研究植物受精的过程中指出,闭花受精是自花传粉植物的一种受精方式。而凡是属于自花传粉的植物往往对后代产生不利影响。因为雌雄两方的生殖细胞处于类同的生活条件中,它们的遗传性非常相似,受精卵内的遗传物质单纯,所以其后代必然会缺少适应环境的能力。可是,既然有如此不利的因素,那么自然界里它们为什么还没有被淘汰呢?达尔文和以后的一些植物学家解释说,那是与保证繁殖后代有关系,例如闭花受精的植物能避免大量的花粉被昆虫吃掉,或者能防止花粉因受潮湿而失去繁殖能力。
然而以上的解释似乎显得有些牵强附会,植物学家们一直猜不透其中的原因。直到本世纪80年代,美国植物学家敏特和劳德两人,通过两个有趣的实验,提出了一个植物之所以会闭花受精的新奇论点。他们认为,植物有花不开,进行闭花受精,也许是植物所采取的巧妙的节能“策略”。
这两位学者的研究对象是生长在美洲的一种植物,名叫大花寇洛玛草。这种植物有一个十分有趣的特点,就是既产生能开的花朵,进行开花受精,同时也产生不开的花朵,而那些不开的花朵内则进行的是闭花受精,也就是说,两种受精现象兼而有之。敏特和劳德在研究中发现,当气候干燥,植物缺水时,这种植物会开放的花朵数量就减少,不会开放的花朵数量则增加,结果植物便以闭花受精作为它的主要受精方式。可是当水分充足,植物不缺乏水时,会开放的花朵就增加了,而进行闭花受精的不会开放的花少了。这种奇怪的开花现象是由什么来控制的呢?后来他们在分析测量植物体内物质成分时注意到,当缺水时,植物体内的一种激素一脱落酸的水平明显增加。根据这一现象他们推测,会不会是脱落酸控制着植物的闭花受精呢?
敏特和劳德为了证实以上的推测,就用稀释的脱落酸激素喷洒在供水充足的植物上,结果这些并不缺水的植物也象缺水植物一样,产生大量闭花受精的花朵。显然,第一步的设想得到了证实,这使他们联想到,脱落酸与植物体内的另一种激素——赤霉素,是互相拮抗的激素,那么,赤霉素会不会控制植物的开花受精呢?他们又用赤霉素喷洒干旱环境中的大花寇洛玛草,结果,干旱缺水的植株开放了大量的花朵,闭花受精的花朵则明显减少。这一实验表明,植物控制开花受精和闭花受精的机理已经找到了。那就是缺少水分时,植物体内脱落酸增加,使植物闭花受精。而水分充足时,植物体内赤霉素增加,使植物开花受精。
为什么植物在干旱时要大量依靠闭花受精呢?敏特和劳德通过进一步研究后发现,植物开花受精消耗的能量要比闭花受精多,于是提出闭花受精是为了节约能量的新论点。他们认为,植物开花后,要使花朵维持到受精,这一过程需要消耗相当多的能量。在缺水情况下,植物体内往往会发生“能源危机”,无法供应开花所需的能量。这时如通过闭花受精,甚至在花芽时期就完成受精,便可以缩短花期,节约能量,保证了后代的繁殖。
什么是植物全息现象
“全息”,是1948年物理学家弋柏和罗杰斯发明了光学全息术后提出的一个概念。在物理学上,全息的概念是明白易懂的。例如,一根磁棒将它折成几段,每个棒段的南北极特性依然不变,每个小段与它原来的整根棒全息。所谓“生物全息”,就是生物体每个相对独立的部分,在化学组成模式上与整体相同,是整体的成比例的缩小。
植物的全息现象,在大自然中,已从形态、生物化学和遗传学等多方面找到了论证的实例,马路边的棕榈树,它的一张叶子,由薄扇似的叶片和长长的叶柄组成,仔细观察一下叶子的整个外形,当把它竖在地上与全株外形相比时,你会发现,它们的外形是多么的一致,只是比例的大小不同而已。一只梨子,它的外形与它的整体果树外形吻合。行叶脉的植物,它们都是从茎的基部或下部分枝,主茎基本无分枝;相反,叶脉为网状的植物,它们的分枝多呈网状。在植物的生化组成上,也有明显的全息现象。例如,高粱一片叶上的氰酸分布形式与整个植株的分布形式相同。在整个植株上,上部的叶含氰酸较多,下部的叶含氰酸较少;在一张叶上,也是上部含量较多,下部含量较少。
有趣的是,当进行植物离体培养时,也发现了植物的全息现象。若将百合的鳞片经消毒用来离体培养,发现在鳞片基部较易诱导产生小鳞茎,即使把鳞片从上到下切成数段,同样发现小鳞茎的发生都是在每个植段基部首先产生,且每段鳞片上诱导产生小鳞茎的数量,遵循由下至上递增的规律。这种诱导产生小鳞茎的特性与整株生芽特性相一致,呈全息对应的关系。在植物组织培养过程中,以大蒜的蒜瓣、矩叶菊、花叶芋和彩叶草等多种植物叶片为外植体,进行同样的试验观察时,都能见到这种全息现象。
植物全息的规律应用于农作物的生产实践,已产生了惊人的效果。例如,马铃薯的栽种,习惯以块茎上的芽眼切下作“种子”。但长期以来,人们并没有考虑到块茎上芽眼之间的遗传差异。根据植物全息的原理,想来这些芽眼之间必定会有特性的区别。马铃薯在全株的下部结块茎,对于全息对应的块茎来说,它的下部(远基端)芽跟结块茎的特性也一定较强。于是,为了证实上述的想法,科学家做了系统的试验。分别以“蛇皮粉”、“跃进”等5个马铃薯品种的块茎为材料,将它们的芽眼切块成远基端芽眼和近基端芽眼两组,进行种植比较试验。实验结果,以远基端芽切块制种生产时,各个品种均增产,平均增产达19.2%。
上述在农业上的全息应用实例给人以启示。人们自然会问,小麦、水稻……,它们的留种应该采用什么部位制种呢?这些有趣而具生产实践意义的全息课题,目前不少人正在试验观察中。不过,人们在长期的生产实践中,个别的生产措施,也是符合生物全息规律的,只不过未意识到这点罢了。例如,我国不少地区种植玉米的农民,他们在留种时,习惯把玉米棒上中间(或偏下)的籽粒留下作种,而把两端的籽粒去除,确保玉米的年年丰收。这种玉米籽粒的留种方法是符合生物全息规律的。因为玉米棒子是在植株的中间或偏下部分着生的,而作为植株对应全息的玉米棒,其中间(或偏下)着生的籽粒,在遗传势上也一定较强。经试验,以这种方法制种,可以增产35.47%。
全息生物学观点的提出,虽然只有短短的几年,但已引起了不少人的强烈兴趣,国内已先后4次召开全国性的学术会议,交流了各方面的研究信息,在国外,日本、巴西等国的有关学者对“全息生物学”的提出也给予了极高的评价。目前,对植物全息现象的观察研究,方兴未艾,无数未解之谜还有待人们去揭开。
年轮与气候有什么关系
年轮即木材上的纹理。春回大地之时,紧挨着树皮里面的细胞开始分裂;分裂后的细胞大而壁厚,颜色鲜嫩,科学家称之为早期木,树干里的深色年轮就是由早期木形成的。在这以后,树又进入冬季休眠时期,周而复始,循环不已。这样,许多种树的主干里便生成一圈又一圈深浅相间的环,每一环就是一年增长的部分。这种年轮在针叶树中显著,在大多数温带落叶树中不明显,而许多热带树中则根本没有。
如今年轮已成为科学研究的一个重要领域。树被称为活档案,年轮就是记录。它不仅说明树木本身的年龄,还能说明每年的降水量和温度变化。年轮上可能还记录了森林大火、早期霜冻以及从周围环境中吸取的化学成分。因此只要我们知道了如何揭示树的秘密,它就会向我们诉说从它出世起,周围发生的大量事情。而现在这个学科的热点课题是从年轮中测出过去的气象以及气象的重大变化。
运用年轮的研究成果开始于本世纪初,美国的学者道格拉斯1901年在一家伐木营地考察那里树木的年轮型式,想找出证据说明这些年轮中记录了以11年为周期的太阳黑子活动。他没有立即找到证据,但他注意到,一个地区和另一个地区的年轮型式似乎一无二致。例如,一个伐木营地新伐的树木,里面是两道薄薄的年轮,外面是三道厚厚的年轮,其它营地新伐的树木也是这样。人们可以推断,这种型式表明,两年是坏天气,三年是好天气。道格拉斯注意到,他发现的这种型式的年轮似乎在亚利桑那州北部到处皆有。
在本世纪的头20年中,道格拉斯继续研究年轮的型式。通过识别年轮来测定古老建筑的年代是道格拉斯的创举。美国西南部印第安人村庄的废墟,长期以来引起了考古学家的兴趣。那些村庄原由工匠精心建造,其中有许多房屋显然已经使用了好多世纪,可是后来不知何故,那些村庄都废弃了。据估计,那些村庄早在公元前2000年就已存在。道格拉斯从1916年起开始考察印第安村庄废墟残留的木料,研究其年轮以确定其年化。到1929年,他终于制成一个“浮动”年表。
有文明传统的地方,在使用年轮方面可能出人意料,令人惊讶。比如说,在中世纪俄国的诺夫哥罗德,街上泥泞不堪,市民就往路面铺原木。一层陷进泥里就再铺一层,到现在至少有28条街已经堆满了一层又一层的原木,这些原木的年代从公元953年起一直到182年,真是年轮博览会。又如,像伦勃朗和鲁本斯等艺术大师的油画,分析其橡木油画板上的年轮型式就可知作画的年代。
现代年轮学可以说起源于60年代生物学家弗里茨在亚利桑那大学的研究工作。弗里茨和他的同事仔细考察了塔克森附近一些树的生长过程,他们给树枝乃至整棵树都套上了塑料膜,以断定一棵树究竟摄取和放出了多少各种各样的气体。经过8个寒暑的工作,他们终于详尽地了解了一环年轮生长的全部过程。
他们把美国西南部周围年轮的数据收集起来,同80年来的气象记录进行比较,就会看出年轮如何反映出气候。因此,对于没有气象记录的时期,我们从一环年轮形成的情况可以推断出当时的气候。弗里茨就这样把美国和太平洋北部的气象图编制到大约公元1600年。
年轮专家还研究了酸雨对美国东部森林的影响。哥伦比亚大学的戈登·雅各比解释说,随着树越长越老,年轮也变得越来越薄。这是正常的老化过程。因而可以得出结论:酸雨对树起着相反的作用。我们还必须比较气象数据以排除树生长减慢的其它可能原因。要证实酸雨的影响,必须找出正常条件以外的生长受阻情况。雅各比在新英格兰州周围的12个圈定地区中看到有3个地区受酸雨影响,其余9个地区没有受酸雨影响。
此外,年轮还记录了火山爆发、地震等自然现象。像圣海伦斯火山爆发时,大量灰尘和气体进入同温层,遮住大片阳光。这会使温度降到冰点以下,给树内留下一道叫做霜轮的特殊标记。而地震则会给树造成损害,使树在以后的一些年中产生较薄的年轮。
在某些情况下,年轮也可以用来证明环境污染的影响。由于几世纪以来不断燃烧煤和石油,大气层中二氧化碳大量蓄积,从而造成未来的地球气温升高。年轮气象关系学国际计划的数据将扩展到公元1700年,这个年代比开始燃烧煤和石油的产业革命时期还要早得多。研究者说:“没有这种数据基础,大气层科学家要想确切地知道渐暖趋势,恐怕还要用8年到20年的时间去观察气温和二氧化碳。到那时,恐怕为时过晚了。”
植物与动物何时分野
在生命简单到复杂、由低级到高级的漫长进化史中,很重要的一个环节是动植物的分野。两者之间的分化大大加快了生命的进化速度,那么,动植物究竟是何时开始分野的呢?
1859年,英国科学家达尔文在其著作《物种起源》中,提出了“寒武爆发”的进化论论点,就是说在寒武纪之初,我们的地球上突然出现了众多的动植物,于是就产生了动植物分野于约6亿年前寒武纪之初的传统观点。
到1959年,划时代的《物种起源》发表整整100周年之际,发生了一件具有重大意义的学术事件:对伊迪卡拉动物群的正确鉴定。该动物群的化石在过去一直被划归为寒武纪早期,而澳大利亚学者格拉斯南经过卓有成效的工作,指出了三个具有历史意义的科学事实:该化石群中没有任何寒武纪的动物化石;而且化石群中的微体化石的组成与寒武纪的毫无共同之处;更重要的是,它所处的地层与寒武纪地层明显属于两个不同的地质年代。由于这项发现,大约6亿年前动植物出现分野的传统观察被突破了,但是,仅仅依靠这些证据,仍然无法确定具体的年代。
进入本世纪70年代后,新的化石证据不断涌现,美国学者克劳德在美国加利福尼亚东部的贝克泉组地层中,发现了生活于13亿年前的单细胞的绿藻和金藻化石。1971年,德国科学家舍夫在澳大利亚的苦泉组地层中,又发现了一些生存于9亿年前的藻类植物化石。这些证据显然表明,动植物的分野至少应该始于10亿多年前。
动植物化石的新发现为确定动植物分野年代提供了大量的直接材料,但仅仅依靠化石是不够的。于是,分子生物学家们也加入到探索动植物分野年代之谜的讨论中。所谓生物分子进化论的研究方向,主要是研究蛋白质的分子结构,因为蛋白质的初级结构——氨基酸的排列顺序,不但决定了蛋白质分子的二级、三级、甚至四级结构,更重要的是从初级结构的差异中可反映出不同物种之间的亲缘关系。
至今,科学家们已弄清了数百种蛋白质分子的结构,所建立起来的分子进化系统与传统的分类系统基本上是吻合的,说明生物种的分子进化和形态进化有着基本的一致性。1982年分子生物学家柳思尼考对动物中的血红蛋白和肌红蛋白的进化做了研究,发现其变化速度为330~610万年,因此他提出,至少在10亿年前就已出现了动植物的分野,但这依然不是最后的定论。
最近,日本学者木村资生研究了动植物体内共有的一种蛋白质——细胞色素C。在不同的生物体中,细胞色素C的氨基酸排列顺序是不同的,但数量固定,都由104个氨基酸组成,其中有35个氨基酸在已知的200万种动植物中是完全不变的,而其余的则可以被不同或近似的氨基酸所替代,从而形成了不同生物种的氨基酸在排列上有所差异。他和另一些分子生物学家在研究中发现,在不同生物种的细胞色素C中,氨基酸排列顺序上的差异与生物种在进化系统上的位置是相对的,而且这些差异变化极缓慢又极有规律,氨基酸排列顺序大约2000万年改变1%。所以,分析和比较物种之间细胞色素与氨基酸排列顺序的异同,便可掌握它们彼此间亲疏远近的关系。分子生物学家用这种方法进行了详细而又精确的计算,最后得出结论认为,植物和动物的分化年代,应该是距今12~13亿年前。
综上所述,新发现的化石资料和分子生物学的新成就,使人们在了解动植物分野年代的问题上,迈进了几大步,但要真正揭开这个谜团,尚需要有更多的证据和发现。
植物如何利用太阳能
万物生长靠太阳,在生物发展的历史上,光合作用的出现是一件划时代的大事。
在20~30亿年以前,生物界生活着的尽是些厌氧异养生物,不仅数量有限,种类也受到限制。但光合作用出现后,绿色植物就大量繁殖起来,提供了丰富的生物界自制的有机物和氧气。人类和动物界赖以生存的能源直接、间接的来自太阳光能。而将太阳光能转化为食物中的化学能的本领是绿色植物所特有的。它通过光合作用将吸收的太阳能用于同化空气中的二氧化碳和水,并进一步转化形成有机物质。在此基础上异养的好生生物开始出现,从此,生物界面貌大大改观,一直演化到今天这样百花斗艳、千鸟争鸣的繁荣的境界。太阳光是以辐射能提供能源的,以光能的光子或量子形式发射出来。那么,植物是如何利用太阳能进行光合作用呢?
关于这一问题科学家们已经探索了200多年,最早的记载从17世纪中叶开始。1779年英国著名科学家普列斯特列和荷兰的印根豪茨首先发现绿色植物照光以后可以“净化空气”(也就是吸收二氧化碳并放出氧气),再经约一个世纪,德国的萨克斯才证实照光的绿色植物中有淀粉形成。由于当时缺少正确的思路,而且实验手段又非常落后,所以研究工作进展缓慢。对诸如绿色植物是通过什么“机构”吸收太阳光能?这种吸收、利用光能的“机器”结构又是怎样的?二氧化碳到底是怎样被固定、同化再转化为淀粉的?而氧气又是怎样被放出来的?等等,那时都无法了解。直到本世纪,研究工作才加快了步伐。特别是40年代以后,实验技术有了很大发展,通过各种分离、提取技术可以得到叶绿体及其色素和其它组分,高分辨率的显微镜尤其是电子显微镜用来观察光合器官的精细结构,这些技术的应用将研究工作推向深入。
通过精细的研究发现植物吸收光能的部位是在叶绿体中,叶绿体是个结构复杂的细胞器,它由基粒和间质两部分组成,前者为一个由片层膜组成的囊状体(称类囊体)垛叠而成,膜上存在着叶绿体色素(叶绿素和类胡萝卜素)和蛋白质。叶绿体色素和蛋白质可组成不同类型的复合体,各执行不同的机能。有的色素复合体专管吸收光能,称“捕光色素”复合体;有的则担负起光能转移的功能,所有吸收的光能最终都集中到一个色素中心复合体,在那里进行电荷分离形成电子和质子,促使水的光解。
经过成千上万科学工作者的努力,动用了世界上最先进的科学仪器和技术,也有四位科学家在阐明部分机理上取得成果而获得诺贝尔奖。但对植物如何利用太阳能的完全了解还相当远。科学家们还未搞清比当今世界上最大容量集成块体积还小的色素复合体的结构;还没有捕捉到在10~15秒以下短时间内所发生的变化,而了解植物如何利用太阳能之“谜”的关键就在那一瞬间。
冬天的植物
椿树王的故事
东汉演义中说,刘秀在一棵桑树的遮蔽下躲过王莽追兵的追杀,又吃桑葚填饱了肚子。刘秀感激不尽,发誓自己当皇帝后一定要好好封赏桑树。可等刘秀派人来封赏桑树时正是冬天,结果椿树竟被错封成了树王。以至桑树气破了肚皮,枣树笑得弯了腰。而椿树虽为树王,却臭名远扬。
在地球温带寒带地区,植物一年四季的形态是不同的。在冬天那些树木都落光了叶子的时候,你还能认识它们吗?
落叶、落枝的树木
大多数落叶树的叶子在当年冬天来临时落光。石楠、枇杷等常绿树落掉上一年的老叶。松树每年都生新叶,而落的却是已经长出2~4年的老叶。松树的叶,一般2针、3针或5针一束,着生在一个不发育的短枝上。严格来说,松树每年脱落的是这样的短枝,而不仅仅是叶。侧柏的许多鳞叶排在一组扁平的小枝上,每年脱落也是这样的小枝。天冬草的情况也与松树相似。
少数落叶树种冬天叶片虽然干枯,但并不脱落干净,有的直到第二年新叶发出时才落光。如蒙古栎、辽东栎等壳斗科树木,我们称之为早春落叶的树。蒙古栎、辽东栎为什么会这样呢,可能是因为它的南方表亲——青冈、栲树等常绿阔叶林的建群种都是常绿树种的缘故吧。
另外一些植物具有脱落性的无芽小枝,例如水杉、梭梭等,通过这些小枝的脱落可以减少水分的蒸腾等方式,更好地保证植物主体度过寒冷、干旱等不良季节。
有一种植物终生只有两片叶子、几百年都不落,这就是西南非洲沙漠的百岁
冬芽——花的襁褓
无论落叶树种,还是常绿树种,秋冬停止长出新叶时,都会形成冬芽。侧柏、桧柏等植物冬季似乎只是放慢了生长,所以你很难发现它们的冬芽。冬芽是花的襁褓,幼叶越冬的小屋。每个枝条最顶端的那个冬芽叫做顶芽,其它的冬芽都生在枝条的叶腋里,无论是枝条顶端的叶腋还是枝条侧部的叶腋。刺槐、悬铃木无论顶芽腋芽都是从叶柄下顶出来。大多数树木的冬芽都包被着一层芽鳞,如玉兰的冬芽外面毛茸茸的,像披着一层毛皮大衣。还有银芽柳的冬芽最漂亮,人们常拿来制作干花,插在室内观赏。但枫杨、夹竹桃的芽,外面没有任何包被,你一眼就可以看到那蜷缩在一起的幼小的叶片。
一般说来,一个叶片的叶腋只生一个冬芽。但是也有不少植物一个叶腋内生有多个冬芽。由于有的树木冬芽是花叶分居的,这些树木是完全的先叶开花,它们就更需要一个叶腋处生长多个冬芽了。例如杏树的冬芽两两并生,榆树的冬芽也是一大一小两个。而桃树、榆叶梅的一个叶腋处两个花芽护卫着一个叶芽。而连翘,由于它还是叶对生的植物。在一个节上我们可以看到4个冬芽,叶芽靠外,花芽靠里。不过对于花叶分居的这些植物,花芽在每个叶腋总是有的,但叶芽却不常有,因为只有在需要分枝的地方才需要生长叶芽。
苹果、梨的冬芽是混合芽,也可以说是芽中有芽,在芽萌发后先开花,然后其芽中腋芽再萌发长成枝条,但营养不好的冬芽也可能不萌发或只长出枝叶。对落叶果树,冬季修剪过程时,准确识别花芽、叶芽,调节花、叶芽比例是合理修剪,及确定合理负载量的重要依据。
还有些植物,例如:葡萄、猕猴桃等等,它们的花芽是随着新枝的生长后来形成的,花序或长在新枝的叶腋处,也有长在新枝的顶端的。对于这类植物,生长季节的打芽修剪可以调整它们的结实情况。
梅花香自苦寒来
落叶、萌芽、开花、结果,这些植物的生命活动,是谁安排了时间表?是气温的逐渐变化。秋天来了,天气一天一天变凉,一年生小草感觉到了,它只有赶紧结成种子,以备明年萌发,而自己虽冻死也无憾。有些二年生草本植物,例如夏至草、二月兰等,它们有膨大的地下根茎,根茎上也形成冬芽,可以帮助它们过冬。这些植物由于长期适应了秋凉冬寒春暖的气候变化规律,如果突然人为地改变,它们就可能只长叶不开花结籽。一、二年生种子作物在苗期需要经受一段低温时期,才能开花结实的现象叫做春化现象。中国农民早已注意到春化现象,并应用于实践。当因自然灾害或其他原因需要冬小麦春播时,采用“闷罐法”,把湿种子闷在罐里放在冷处40~50天(人工春化),春暖后播种,当年仍可以收获。
有关春化作用的机理非常复杂,科学家们还没有研究清楚。但是既然多年生树木每到秋冬天气转冷的时候才会形成冬芽,包括花芽,如果突然没有冬天到来了,树木当然就不会,也用不着形成冬芽,包括花芽了。没有花芽,还怎么开花,还怎么结实。所以说,是冬天的即将到来提醒树木形成了花芽,提醒梅花孕育了花芽。正所谓“宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来”。二年生草本植物当然也一样。
当寒冷的冬天渐渐过去,春天即将到来的时候,植物也能灵敏地感觉到。于是,腊梅、梅花顶着冰雪绽放了,接着有海棠、核桃等等的冬芽,而最晚醒来的可能要数黄檀和枣树了。在核桃都已经满树浓绿的时候,枣树的枝条却还是光秃秃的,真是“枣树不早”。
水果色香味的奥秘
在自然界供给我们的众多食物中,水果因其具有绚丽的色泽、诱人的香气和甜酸可口的风味而备受人们的厚爱。那么,水果的色香味是怎么来的呢?
果实成熟后颜色的变化,是由各种色素决定的,它们主要有叶绿素、类胡萝卜素、花青素以及类黄酮素等。叶绿素经常处于破坏和重新形成的动态变化中。果实幼嫩时,叶绿素含量大,果实呈绿色;果实成熟后,叶绿素被逐渐破坏丧失绿色,而此时类胡萝卜素含量大,使果实呈黄色,或是由于花青素的形成而使果实呈红色。柑橘类果实的颜色是由于细胞中含有胡萝卜素和叶黄素;两红柿含有蕃茄红素;菠萝和番木瓜的颜色是由于细胞中含有叶黄素的缘故。
花青素存在于细胞质和细胞液中,随细胞液酸碱度的变化而呈不同的颜色。当细胞液为酸性时,呈红色;碱性时,呈蓝色;中性时则呈淡紫色。这样,便使果实呈现出各种不同的颜色。
光照对果实的上色也有影响。紫外光对上色有利,但紫外光常被尘埃、小水滴吸收。所以,雨后空气中尘埃少,有利于上色;海拔高、云雾少的地区果实上色也好。
幼嫩的水果通常是不具备香气的,随着果实的发育成熟,一些物质(主要是氨基酸和脂肪酸)在酶的作用下发生急剧变化,从而生成醇、醛、酮、酸、脂、酚、醚及萜烯类化合物等微量挥发性物质。由于这些化合物的持续挥发便使水果发出香气,而它们在组分及浓度上的差异又使得各种水果各具自己独特的香气。
果肉质地(硬度)由细胞间的结合力、细胞构成物质的机械强度和细胞的膨压所决定。随着果实的成熟,果实细胞间的结合力减少或消失,细胞分散,这时吃起来就感到果肉松软。若保持细胞间的这种结合力,果实吃起来则感到硬度大、脆。果实细胞壁的纤维素含量高则硬度大;反之则硬度小。同一品种中,大果常比小果硬度低,因为大果组织疏松,细胞间隙也大。所以要贮藏的果实不要选个儿大的。
采收时间和采收后温度对果实硬度的影响较大。要保持水果的硬度,采收后必须尽快入冷库或在空调库保存。氮肥、钾肥、水分过多也会降低果实硬度。果实成熟过程中,乙烯增多,则硬度下降。
果实中的糖是由淀粉转化来的。在未成熟的果实中贮存许多淀粉,果实无甜味。随着果实的成熟,淀粉逐渐水解,由果心向外消失,糖含量迅速增加,使果实变甜。果实中的糖主要有葡萄糖、果糖和蔗糖。果糖最甜,蔗糖次之,葡萄糖再次之。不同树种的果实所含糖的种类不同。樱桃主要含葡萄糖和果糖。桃、杏和柑橘中蔗糖占优势。葡萄含葡萄糖较多。苹果、梨、柿、枇杷三种糖均有,但蔗糖含量少。
未成熟的果实中含有很多有机酸,主要是苹果酸、柠檬酸和酒石酸,所以有酸味。苹果、梨和核果类果实主要含苹果酸;柑橘类和菠萝含柠檬酸较多;葡萄含酒石酸、苹果酸较多。柠檬酸的酸度比苹果酸要高。随着果实的成熟,有机酸含量逐渐下降,甜味增加。
人们吃水果时感觉的甜度不决定于糖的含量,而是取决于果实中的糖酸比例。糖酸比例大则水果甜,同样的糖酸比绝对含量高时,人们感到果味浓厚,相反则果味淡。
海里的庄稼
海带是一种长在海底岩石上的褐藻。因为它的叶片又长又厚,在海底随水流漂动,仿佛是舞动的绿褐色绸带。海带的名称就由此而来。
海带原是一种喜欢寒冷水流的海洋植物,原产于日本和俄罗斯寒流海域,在我国是没有的。那么,海带是怎样来到我国沿海“落户”的呢?
上个世纪30年代,日本侵占我国东北时期,从北海道运木材到大连修筑海港码头。海带的孢子附着在木材上,便不声不响地跟着来到大连湾,并在大连海底的岩石上长成了海带。后来,从北向南,不断蔓延繁殖开去,先播散到了烟台、青岛,又传到了福建等沿海。
海带全世界大约有30多种,亚洲地区就有10多种。海带大多分布在温度较低、风浪较小的沿海和海湾,用固着器附着在浅海海底礁石、贝壳上,大量繁殖时形成一片水下森林。
海带藻体由三部分组成:下部是一些假根状的附着器。中部是圆柱形的短柄。上部是长而扁平的叶状体,一般长3米左右,有时长达7米,宽20~50厘米,边缘较薄,呈波状皱褶,表面光滑,绿褐色或棕褐色。
海带是海洋植物产量高、生产快、个体大、经济价值高的食用及工业用的海藻。海带是含碘量最高的海藻,含碘量一般在3%~5%,最多可达7%~10%。海带里的碘,人体能直接吸收。碘是人体必需的微量元素,缺少碘会得粗脖子病——甲状腺肿大。缺碘的山区,多食用海带,能防止和治疗这种病。
海带还是一种优良的蔬菜,营养价值很高。每100克海带干品中,含有蛋白质8.2克,脂肪0.1克,糖57克,粗纤维9.8克,无机盐12.9克,胡萝卜素0.57克,钙2.25克,铁0.15克,维生素B10.69毫克,维生素C1.5毫克。营养丰富。
海带可以制成海带酱油、海带酱、味粉。日本人用海带磨成粉,作为红肠等食物的添加剂,把海带茶作为表示喜庆的高贵食品。
工业上用海带提取钾盐、褐藻胶、甘露醇,用来代替面粉浆纱、浆布,制酒时用作澄清剂,还可作医药用品。
在生长季节,在叶状体基部靠短柄处的生长点,细胞不断分裂,海带也就不断长大。整个海带的表皮下分布有粘液腔,能分泌粘液润滑表面。
海带,被称为海上的庄稼。人工培育海带苗,是按照海带自然繁殖的特性,将室内育出的小苗,在长长的棕绳上,绑着竹筒或空心玻璃球,一排排地半浮半沉地吊挂在海面上,随波浪在漂荡。远远看去,宛如一方方、一块块的海上浮田。
海上庄稼同陆上庄稼不同,它不是扎根土壤中,茎叶向上,而是恰恰相反,海带的假根朝上,抓住浮在海面的绳索,长长的带状叶片,向海底伸展。庄稼靠吸收水分、肥料茁长,海带靠纱袋里的化肥,经水浸泡流放水田,或在海带田区喷洒化肥,让海带吸收营养。养殖海带也不轻松,除了育苗、平日管理外,收获季节要像秋收那样忙着抢收、抢晒和收藏。
植物相亲相克行为
将两种植物种在一起,常常出现这样一些有趣的现象。有些表现“相亲相爱”,相互助长;有些则冤家对头,“八字相克”,搞得不是一方受害,就是两败俱伤。这种现象就是植物间的相亲相克行为。
如果把蓖麻和芥菜种在一起,虽然前者要比后者粗壮许多,但前者下部的叶子会大量枯黄而逐渐死去。如果让蕃茄和黄瓜生活在同一个“房子”里,它们就会彼此天天赌气,不好好地生长,因而导致减产。如果甘蓝和芹菜同种,两者生长都不会好,甚至死亡。
在葡萄园种甘蓝,葡萄的生长就会受到抑制,在森林里,如果栎树和榆树碰到一起,那么你会发现栎树的枝条会背向榆树弯曲生长,力求远避这个“坏邻居”。
上述这些现象是怎么一回事呢?原来很多植物会从体内分泌出某种气体或汁液,影响或者抑制了其它植物的生长。但也有些植物的分泌物对某些病毒、细菌和害虫有很强的杀伤力,因而,它能同其它植物相处甚密,相得益彰。因此它们能互惠互利,长期共存。
如果韭菜和甘蓝间行种植,就能使甘蓝的根腐病减轻。这是由于韭菜能产生一种浓烈的特殊的怪味,能驱虫杀菌。因此,韭菜常常是许多其它植物的好朋友。
大蒜和棉花、大白菜等间行种植,大蒜所挥发出来的大蒜素,既能杀菌,又能赶走害虫。所以,大蒜和棉花、大白菜等植物能“相亲相爱”过一生。
各种植物间的这种相亲相克的关系是极其复杂的,研究它们的关系及其奥秘,对于发展农业生产,提高农作物的产量,从而获得丰收是很有意义的。
空心的老槐树为何枝繁叶茂
俗话说“树怕伤皮,不怕空心”,不是没有道理的。
槐树的确,我们常常会看到这样的老槐树:树干里面大部分都空了。可是枝叶仍旧很茂盛。树干空心了,树木为什么还活着?这并不奇怪。我们已经知道,植物体里有两种运输线,植物生活所需要的全部物质就是依靠这两种运输线来输送:一种是木质部里面的运输线——导管,它把根从土壤中吸收来的水分和无机盐,自下而上地输送到叶里,以及植物的全身。另一种是韧皮部里面的运输线——筛管,它把叶制造的有机物,自上而下地输送到根部,以及植物的全身。树干空了的部分只是髓和一部分木质部,而靠近树皮的具有运输功能的新生木质部仍然保留着。这就是说,导管这种运输线并没有中断,所以空心的老树照常活着。
如果牲口把树干上的大面积树皮啃掉,情况就不同了,这棵树就有生命危险了。这是因为如果筛管全部或大部分被切断,根部就得不到足够的有机物,不久就会“饿死”。根部一旦死去,枝叶也就得不到水分和无机盐。过不了多久,整棵树也就枯死了。
所以,为了保护树木,必须得保护树皮。不但自己不能随意伤害树皮,还要防止牲口啃咬树皮。
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