植物还有一种有趣的运动,比如为了最大限度地沐浴阳光,花生、大豆、合欢和酢浆草等在早晨会昂起叶片;到了晚上,为防止水分散失,它们的叶片又会下垂或合拢起来“睡觉”。这种随昼夜光暗周期而变化的运动,就叫做“感性运动”,也称为“感夜运动”或“睡眠运动”。
植物之所以会进行这种奇怪的运动,是由于昼夜变化会引起它们叶柄基部的叶褥组织膨压发生变化。具体来讲,在它们叶子基部小叶柄或总叶柄的地方,有个叶褥的装水“袋子”,控制叶子的开合。清晨,在太阳光的沐浴下,叶子开始光合作用,根便向叶子加速运水;再加上蒸腾的拉力,叶褥内的大型细胞得到水后就会膨胀起来。叶片由于膨压的作用张开。傍晚太阳落山后,叶片慢慢停止光合作用,随之根也放慢了向上运水的速度,叶片内水分减少,叶褥内的大型细胞因失水收缩变软,叶片便随之下垂或合拢。
更有趣的是含羞草的感性运动,不仅在夜幕降临时它会自动合拢叶片,下垂叶柄,即使在白天,只要轻轻碰它一下,叶片马上就会像真害羞似的闭合起来。这是因为在它的叶柄基部和复叶的小叶基部都有一个对刺激的反应非常敏感的膨大部分,叫做叶枕。在叶枕中心有一个大维管束,周围有许多薄壁组织,里面充满细胞液。当叶片受触时,会立即将刺激传递到小叶柄基部的叶枕,叶枕上部薄壁细胞的细胞液便排到细胞间隙中,膨压也随着降低;而下部的薄壁细胞仍保持着原来的膨压,结果引起小叶片直立,便又闭合起来。如果用较大的力量碰触,刺激不仅传递到小叶的叶枕,还能传到叶柄基部的叶枕,这时叶柄基部的叶枕下部细胞液排到细胞间隙中,下部的膨压也随之降低,整个叶片就下垂了。一段时间后,当叶枕中的细胞逐渐充满细胞液时,膨压增加,小叶重新展开,叶柄又竖起来,一切就又恢复原状了。
木瓜也有很奇特的感性运动,白天叶片朝上,而晚上叶子便朝下。这是由于它的叶柄上侧和下侧的生长素含量会随昼夜变化而变化。叶中的生长素在白天向叶柄移动,较多集中在叶柄下部。由于这部分生长素浓度较高,生长快,致使叶子朝上;夜间,生长素移向叶柄上侧,使上侧生长加快,导致叶片朝下。
此外,感性运动还发生在一些植物的花上,比如蒲公英等就是白天开花,晚上闭合;烟草、紫茉莉等则相反,是夜间开花,白天闭合。
总之,植物的向性运动、感性运动等,受多种因素的影响:地心引力、光线、化学物质(如生长素)等。而植物这些运动不仅有益于生长和发育,也是对环境条件长期适应的结果。
相关链接——植物各部位的螺旋运动
开紫红色喇叭状的牵牛花,可以以左旋方式用茎攀援缠绕而上;何首乌可以随时改变茎的旋转方向。许多植物的某些部位都能进行螺旋运动,如果从直立植物茎尖的垂直上方观察茎的尖端,就会发现它一直在不停地“画”着整齐的圆圈,这是一种上升性的螺旋运动,也称回转转头运动。
植物的茎、叶等还可变态成卷须,与物体接触时就产生向触运动,缠卷他物攀爬,这也属于一种向性运动。比如葡萄的卷须,哪一部分碰到支架都能马上卷曲;但黄瓜的卷须只有上侧或外侧的某一面有感受性,而另一面即使碰上支柱也不会发生卷曲。和丝瓜一样,它们的卷须都由茎变态形成,称为茎卷须。豌豆的是叶卷须,野生的葜有托叶卷须,胡瓜则兼具茎卷须和叶卷须。现在还没弄清卷须的向触运动原因,初步认为是因为生长素分配不均匀。
依螺旋运动攀爬他物,植物可以获得较多的阳光和空气,从而使自己更好的生长发育以及使后代更好的继续繁衍,同时又节省了很多如直立植物消耗在茎干和枝条上的物质,符合经济原则,也是在进化过程中形成的适应性。
植物种子“旅行”的奥秘
一株植物的种子,少则几十颗,多则几十万颗。如果它们都只停留在原地,挤成一堆,很难想象能怎么生活下去。如果发生自然灾害,如干旱、洪涝、火灾等,集中在一块儿就更有灭绝的危险。因此,种子必须以各种方式进行迁移,这也是长期自然选择的结果。
事实上,每一种生命繁衍后代都会有他自己的方式,“孩子长大了,就得告别妈妈,四海为家”。遍布世界的植物不像牛马有脚,飞鸟有翅,它们要把生命的种子传播到大地的各个角落,靠的什么办法?众所周知,种子是植物传宗接代的重要角色,而且能凭它神奇的本领四处旅行,植物也就得以处处安家。
植物种子的传播方式有两种:一种是借助外力,如风力、水力、动物和人类的携带;另一种是依靠自身所产生的力量。植物为了繁衍自己的后代,可以说是“八仙过海,各显神通”。
借助外力的旅行
风是无处不在的,因此地球上的风就成了种子旅行的“免费车”。一般细小而质轻的种子借助风力散布,可以悬浮在空中,被风力吹送到远处生根发芽;有的种子表面常生有絮毛、果翅等,这些是更适合借助风力飞翔的特殊构造。比如我们南方最常见的昭和草,它的种子上就有一把小伞。风一吹,小伞就能带着种子飘到很远的地方“安家落户”;又如松、榆的种子,上面长有小小的翅膀,借助风力也可以轻易地飞向四面八方,以扩充地盘;再如杨、柳树的种子,上面长着轻柔的绒毛,也能乘着风儿自由飞翔,飞到遥远的地方。
还有的植物散布种子是借助人类和动物的力量。比如有些种子的外面生有刺毛、倒钩或能分泌粘液,只要轻轻一碰,它们就会立即粘附到人的衣服或动物的毛羽上。等你发现把它们摘下来扔在地上,就实现了它传播的心愿。这类植物如苍耳、窃衣、鬼针草等都是。还有些植物的果实色彩鲜艳、香甜多汁,可以吸引动物前来取食,借此散播种子,如鸟类或其它动物采食樱桃后,就会丢弃樱桃核,这无意中就为它们做了种子传播的工作。即使种子被动物也吞下肚,坚硬的樱桃果核也会抵抗消化道中的强酸,保护种子全身而退,而且排泄物还充当了肥料。而类在取食这些美味水果时,往往会把果核随手抛弃,这无意之中也传播了种子。还有一些坚果类的种子都是松鼠最喜爱的食物,如板栗、松子等,它们被松鼠搬回家储存起来,一部分会被吃掉,剩下的来年就生根发芽了。
水中和沼泽地生长的植物,种子往往需要借助水力传送。比如我们常见的莲蓬,形状呈倒圆锥形,质量轻,因而可以像一叶小舟一般飘浮在水面,随着水流漂到各处,同时也把种子远布各地。陆生植物椰子,果实有多重功能,果皮十分疏松,富含纤维,因而也能适应在水中飘浮;内果皮非常坚厚,可以防止种子受到海水的侵蚀,果实里还含有大量的椰汁,可以给种子萌发时提供足够的营养和水分,这就使椰果能在咸水的环境条件下萌发。热带海岸有许多椰林分布,与椰果的这一本领是密不可分的。
靠自身力量传播
种子的另一类传播方式是通过自身的力量,比如说“弹射”。像大豆、绿豆、油菜、芝麻等植物种子,果实成熟后,包藏种子的果荚会突然扭曲、炸裂,将种子弹射到几十厘米甚至几米之外。
根据记载,一种生长在美洲的木犀草可能是植物界中的弹射“冠军”,射程可达14米之远。在非洲北部和欧洲南部,还有一种植物叫喷瓜,非常有趣。它的果实成熟时,那些包藏种子的浆汁就像气球中的空气那样,对果皮产生强大的压力。只要轻轻一碰,果实的粘液和种子就会一起喷发出来,射程可达6米之远,所以当地人也称它为“铁炮瓜”。
麦田里生长的野燕麦种子是最有趣的,能够自己“爬”进土中。野燕麦种子的外壳上长有一根长芒,会随着空气湿度的变化而发生旋转或伸直,种子就在长芒的不断伸曲中,一点一点地向前挪动。种子一旦碰到缝隙,就会钻进去,第二年便会生根发芽。当然,野燕麦种子“爬行”得相当缓慢,一整天只能前进1厘米,然而这种传播种子的本领实际已经达到了登峰造极的地步。
总之,植物在大自然中要生存发展,就会想尽办法来繁衍自己的后代,于是在亿万年的进化过程中,每种植物都产生了让自己的种子“旅行”的特殊本领,使得种子可以广为传播,生生不息,这种神奇的现象也的确令人惊叹不已。
新知博览——秋天树叶为何会变色
树叶每到秋天就会由绿色变为红色或黄色,最后落在地上,这是一种很自然的现象,并不奇怪。但是,你知道树叶为什么会变色吗?
科学家们发现,树叶的变色与某些激素及化学物质的变化有关。有3种不同的激素每到春天和初夏,就会进入树的各个部分,加快新生绿叶的生长。其实,所有树叶中都含有绿色的叶绿素,树木利用叶绿素捕获光能,然后在叶子中其他物质的帮助下,把光能存储起来(以糖等化学物质的形式)。很多树叶中除了叶绿素外,还含有黄色、橙色及红色等其他一些色素。虽然这些色素不能像叶绿素一样进行光合作用,但其中有一些能够把捕获的光能传递给叶绿素。叶绿素春天和夏天在叶子中的含量比其他色素要丰富得多,所以叶子呈现出叶绿素的绿色,而看不出其他色素的颜色。
不过,叶绿素也有个弱点——容易被破坏。到了秋天,由于忍受不了气温一天天下降等因素的影响,叶绿素开始逐渐在叶子里分解、消失,而比较稳定的胡萝卜素和叶黄素等则终于在秋天“重见天日”。所以一到秋天,树叶就会变色,就是这个原因。
黄栌和枫树等的叶子,在气温下降,叶绿素分解、消失的时候,叶子里面的糖分大量地转变成红色的花青素,于是叶子就变红了。这是它们独特的本领,所以一到深秋,漫山遍野的红叶,煞是好看。
紫鸭跖草等植物叶子里面的花青素始终占优势,完全遮盖了其他色素的颜色,所以它们常年都是紫红色的。
植物会用语言交流吗
在很多神话传说里,我们经常看到植物和人一样说话。然而,现实生活中植物能否说话呢?你肯定会持怀疑态度。不过,科学家告诉我们,其实植物也是有“语言”的,并且能用语言进行交流。
神秘的植物语言
印第安人在砍树或锯掉树枝之前,据说都会请求大树的原谅。现在一些科学家认为,美国土着居民的这种传统,可能会证明植物也有“语言”。
不要以为植物会“说话”这个问题非常古怪可笑,通过研究,大多数专家都认为,植物能够相互进行交流是可以肯定的。
比如,在研究中,科学家们意外地发现,在植物的叶子被昆虫咀嚼时,植物身上会发生与动物身上抑制病痛和创伤的神经激素的反应几乎一样的生化反应。当虫子在咬植物的叶子时,叶子便会释放出一种类似于动物受到伤害时释放的内啡吠的激素。动物身上的这些激素,可以把一种叫做花生四烯酸的化学物质转化为前列腺素。而植物身上的这种激素,对于亚麻酸(植物中相当于花生四烯酸的东西)转化为茉莉酮酸则有帮助作用。这也是一种性质和前列腺素相近的化学物质。这些对待伤痛有着如此类似的化学反应,以至于在植物组织上喷洒阿司匹林或布洛芬后,就像在人身上一样可以消除这些反应。纽约州立大学植物生物学家伊恩·鲍德温曾幽默的说:“这就是植物喊‘哎哟’的方式。”
植物还能与邻居“联络”。在茂密的大森林里,某些植物在突然被虫咬刺痛时,它会马上“招呼”旁边的伙伴提防虫子。许多植物在受到伤害时,都会释放出一种“体味”信号,这是一种挥发性的茉莉酮酸,在附近的植物感到虫咬之前,这种信号就启动附近植物的防御系统,让它们预防被虫子伤害。
再比如,在西红柿遭到虫咬后,马上就会产生一种物质使害虫的胃受到损害和阻碍消化。而且不仅仅是遭虫咬的西红柿会做出这种反应,为了安全起见,周围田里的西红柿也会马上做好对付害虫的准备,好像它们得到了信息似的。
此外,人们还发现,森林里如果一棵橡树病死或被砍伐,周围的橡树就会动员起来,马上生产更多的种子和果实,好像别的树木要取而代之。它们是如何知道要这样做的呢?借助电极,美国研究人员已经在被砍伐的树上测量出短暂且特别高的振幅,并且在被砍伐的树木周围也测量出相应的振幅。
所有的这些都说明,植物之间是存在着相互联系的“语言”的。
植物都在交流什么
英国生物学家很早就知道植物有“语言”了。他们的研究后发现,植物在正常情况下发出的声音节奏轻微、曲调和谐,但遇到恶劣的天气情况或某些人为的侵害时,它们发出的声音就会低沉、混乱,表现自己的痛苦。据英国专家介绍,植物的语言被称为“微热量语”。人们通过植物探测仪(一种特殊的仪器),将仪器的线头与植物连接,人戴上耳机,就能够听到植物说话的声音了。
但是,人们除了能够听到植物说话之外,还想知道植物到底互之间都交流了什么。研究表明,各种植物在生长过程中,时刻都在进行能量交换的过程。这种交换虽然很慢,不易觉察,但交换过程中微弱的热量变化和声响还是可以察觉的。如果用特殊的“录音机”把这些“动静”录下来,分析后,我们就能明白它们在说什么了,从而解开植物语言的密码。如果你能听懂植物的话,那么它会告诉你什么样的温度、水分和养料是它最喜欢的。
据前苏联《真理报》1983年2月2日的报道,前苏联的科学家曾通过电子计算机与植物进行交谈。通过与植物特殊的连接后,计算机根据它所“听到”的在屏幕上打出数据,然后通过另一台计算机来解读这些数据,绘出简单的图表。根据这些图表,人们就能明白植物都说了什么。人与植物就是这样进行交流的。
其实,这个过程并不神秘。植物可以通过自身的形状变化、生长速度等,对科学家们用计算机询问植物的一些问题向人们传递一些信息。不过困难在于,这些信息必须通过仪器解码才行,而且也只有专家才懂是解码之后的信息。目前但这种状况已经有所改善了。意大利科学家发明了一种能与植物直接交流的对讲仪。不过这种先进的对讲仪目前来看,也只能与植物进行很初级、很简单的交流,因为它只能辨别出诸如“热”、“冷”、“渴”等单词。
在研究中美国学者证实:植物缺水时也会发出不满。因为植物缺水时,就会绷断运送水分的维管束,而维管束绷断时会发出一种“超声波”。一般情况下这种声音非常低,人是听不到的,因为它比两人说悄悄话的声音还低1万倍。目前人们发现,渴了能发出这种“超声波”的有苹果树、橡胶树、松树、柏树等植物。
尽管对植物语言的了解仍非常有限,但不管怎么说,人类能听到植物“说话”,能知道植物说什么,已经算是科学的一大进步了。如果人类能真正听懂植物的语言,那么人类的农业生产将发生一个历史性的飞跃。
相关链接——植物可能有语言