书城科普读物科学伴你行——植物奇观
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第6章 微妙的植物器官(2)

根是高等植物为适应陆地生活而逐渐发展起来的一种器官。种子萌发时,首先冲破种皮而伸出的是胚根。胚根向下生长成为主根。主根生长很快,以番茄为例,当幼苗刚长出第一片真叶时,主根已经扎入土中55厘米;幼苗长到4~5个星期,主根已经深深地扎入地下1~1.5米深了。如果条件适宜,番茄幼苗的主根还可以以每日3.14~7.50厘米的速度向地球球心推进。随着主根长到一定长度之后,在主根四周,由它又长出许多细小的侧根。侧根像主根一样,又可再长出侧根,如此反复分枝下去,便形成了一个庞大的根系。

一年生的苹果树苗,就大约有3.8万条侧根以及由这许多侧根与主根组成的根系。在大豆、棉花、向日葵这些植物中,都有这种主根、侧根分明的根系,这叫直根系。直根系是大多数双子叶植物的根系结构形式。而水稻、小麦、玉米这些属于单子叶植物的根就不同,由于它们的主根发育不好,从它们茎的基部会长出一些像胡须一样的根来,这种根叫不定根,它们长得很发达。这样,那些长短差不多,像胡须一样簇生在一起的不定根,就形成了根的又一种形式——“须根系”。一株长到八片叶子的玉米,它的不定根的数目可达0.8~1万根之多。直根系和须根系,是植物的两种主要根系形式。

由于植物有庞大的根系,这对于将植物牢牢固定在土中以及更有效地吸收营养来说,都是极为有利的。据统计,一株冬黑麦,平均每天要生长出11.5万条新根和由新根形成的1.19亿条根毛。如果把这些新根连接起来,就等于冬黑麦根一天要伸长5千米,根毛则伸长了80千米,把这么多根铺展开来,它是一个多么大的吸收面积!

根在土壤里分布的总表面积比地上茎、叶的总表面积的和还要大。在宽度上,如苹果,根的伸展宽度,最大的距离可以达到27米,比它的树冠要大2~3倍。所以我们常常用“根深蒂固”、“盘根错节”来形容根系的繁茂与庞大,可说一点也不过分。

生长在沼泽和我国南方海边淤泥地带的植物,如台湾的海茄在长期适应淤泥环境的演化过程中,它们生出了一种呼吸根。呼吸根的根端向空中生长,一条条矗立于空气中,这样就保证了植物的根系照样可以自由通气。这种呼吸根的景观可谓奇中之奇。生活在我国广东沿海的红树及生长在水边的水松,也有这种有趣的呼吸根。

根的变态类型还可以举出不少,像常春藤和凌霄花茎上的不定根,是用来使自己固着在其他植物上或者墙上,以支持它的茎干向上攀缘,所以也叫做攀缘根或附着根。其他,如菟丝子,它们把自己的根伸进寄主植物的身体里面,吸取寄主植物的水分和养料,这种根叫寄生根,是寄生植物“不劳而获”夺取营养的一种手段。

根的变态,主要是由于植物的特殊生活方式和对环境条件改变时所发生适应的结果。它们并不是病态的变化,而是正常的和健康的,并且可以遗传。

所以说,根的变态是植物在长期适应环境和自然选择中而获得的。变态器官的结构和功能与植物的生活是协调一致的一种适应形式。

除了以上所述这些正常的根以外,还有很多有不同用途、形状特殊的根。

萝卜、胡萝卜、甘薯,我们吃的是它们的贮藏根。贮藏根贮藏了植物生活上所必需的食物,在冬天,植物地上部分枯死以后,它们在地下度过冬季的严寒,到来年又由它们再发出幼芽,长出新的植株来。

兰科和天南星科中的一些热带植物,它们的根不生在土里而是附生在树干或其他物体上。在它们的茎上还生长出大量暴露在空中的气生根。我国南方有一种榕树,树冠高大,从树干上垂下很多根,这些根可以一直垂到地面,再扎进地下,这叫支柱根,它有加强支持植物的作用。由于从树干上垂下的支柱根又多又粗,给人以“一树成林”的壮观感觉。板根也是一种支柱根,不过它是在树干的基部向四周突出发展成板子一样的形状就是了。在热带雨林中,许多树木的板根,“板”高可达3~8米,真好像一堵堵墙壁,对植物可以起到稳定树干的作用,这也可说是根中之一奇。

奇妙的花粉

花粉是花的雄性器官。一个花蕊中可以包含成千上万粒花粉。花粉很小,如果与一粒芝麻的大小相比,它们当中最大的直径也不过是芝麻粒的五分之一,而小的则仅为芝麻粒的几百分之一。在人们的眼中,花粉只不过是一些无生命的黄色粉末罢了。不同的植物中,花粉不但有黄色或淡栗色的不同,还有从洁白到红到浓黑等各种颜色。假如你借助显微镜观察一下的话,你会惊奇地发现,花粉真是大大小小,千奇百怪:有的如灯笼,有的像龟壳,有的似镂空的窗棂,有的又如披满长针的刺猬……更有趣的是,花粉上还有沟与孔(萌发孔)及各种纹饰(花粉表面的突起物),把花粉装扮得玲珑剔透,真不愧为大自然匠师们精心雕刻的工艺品。科学工作者根据花粉的大小,花粉壁上的纹饰,沟、孔的排列和数目等差别,借以区分植物及研究它们之间的关系,从而建立了一门新的科学领域——“孢粉学”。

孢粉(是孢子花粉的简称)与植物的其他部分不同,它的外壳成分特殊且很坚硬,不怕酸、碱的腐蚀,所以即使埋在土中上万年或者埋在地层中几千万年乃至几亿年也不会毁坏变形。因此地质及古生物工作者根据花粉在地层中出现的规律,来确定地层及其所属的地质年代,以寻找石油和煤等矿藏。

对地层中的花粉进行分析,还可以反映出当时当地的植物种类、植被类型,以推断出当时当地的气候环境条件。这样,对人们进行绿化规划时确定这个地区是适宜造林,还是适宜种草,或者适宜采用什么树种,以及如何布置人工植物群落等等,都很有参考价值。所以,人们称花粉的分析是造林和找矿的好助手。

花粉还是一种奇异的食品。新鲜花粉中含有蛋白质、氨基酸、维生素、糖、芸香苷、抗生素、生长素等成分,这些成分对人体都是有益的。每天食用花粉,就会给我们提供这些天然的营养物质。在国外,已有不少人将花粉作为一种强健身体的天然补品。在国内也已经开始引起人们的重视。

花粉的好处虽然很多,不过有些植物的花粉对人或动物也可以造成危害。“花粉病”就是一例。有些人每年到一定的季节,只要一吸入飘在空气中的某些花粉,就可诱发出诸如枯草热和支气管哮喘等过敏症。另外,有些植物的花粉是有毒的,如钩吻、醉鱼草、雷公藤、狼毒、乌头、羊踯躅等。

放蜂时如果蜜蜂误采了它们的花粉,不但蜜蜂本身会因为食了这种有毒的花蜜而引起大量死亡,假如人食用了这种含有有毒花粉的蜂蜜也会中毒,甚至死亡。所以在放蜂时,放蜂者不但要寻找蜜源植物丰富的地方,同时也要注意周围是否有有毒植物存在,以免蜜蜂采蜜时带进了这些“危险物质”。

异样的果实

一走进水果店,各种各样的水果马上映入你的眼帘,美不胜收、逗人喜爱。你知道这些水果是怎样形成的吗?除了桃子,是由子房发育成的以外,在我们吃的水果中,果肉部分的来源是极为复杂的。

以苹果为例,我们吃的果肉部分,是花托强烈增大后形成的,子房则埋藏在肥厚的花托就是我们吃完苹果剩下的“核”,而种子就包含在子房里面。像这样由花托增大而形成的果实,还有梨、海棠、沙果、枇杷等。

由子房形成的果实,有葡萄、西红柿、柿子等。不过,它们与桃子又有不同,除外果皮像一层薄膜以外,中果皮和内果皮都变成了多汁的果肉。其中,西红柿更加特别,它着生子房的胎座也很发达,而且是肉质的,所以我们吃西红柿的时候,包括把它的果皮和胎座这两大部分一起给吃了。

桔子和柚子的情况则是另一码事。剥去的皮是由外果皮和中果皮组成的。在外果皮上有一颗颗亮晶晶的油滴状小圆点,是藏着芳香油的腺体。剥皮时喷出的雾一样的东西,这是芳香油被挤出来后所产生的。至于桔子的内果皮,这才是我们要吃的部分。有趣的是,我们吃的不是内果皮本身,而是内果皮上肉质化了的囊状毛。这些毛呈纺锤状,一丝丝的充满了浆汁,它们排列整齐,彼此挤压在一起填满了整个子房的内腔。桔子成熟后,由于中果皮破裂,细胞干瘪而与内果皮分离,所以桔子也就变成为一瓣瓣的了。

最常见的是一朵花发展成为一个果实。但果实中也有不少是由很多花聚生在一起,使整个花序变为一个果实的。这种果实叫聚花果(也叫复果),像桑葚、菠萝、菠萝蜜等就是。桑葚是多数雌花聚在一起形成的。桑葚中可食的部分为肥厚的萼片。菠萝则是花托、萼片、花冠、子房连在一起,再加上花序轴而形成的,它们结合成为一种椭圆形的肉质结构。

从上面所举数例已可看出,水果不但在形状上而且在食用部分的来源上也是多种多样的。它们的这些变化,都是植物长期以来受自然选择和人工选择不断加强和积累的结果。

可叹的树木冬芽

无论哪一种落叶树,都可以在落叶后的枝条上形成继续活动的新结构。

这种新的结构就是冬芽。冬芽能够安然度过隆冬季节,与它的形态结构以及内部生理变化有直接关系。

按生长位置进行分类,冬芽可分为两种。一种是生长在小枝顶端的叫做顶芽,它比较肥大,一般只有一个,如丁香、杨树的顶芽;另一种是长在叶痕的上方,当叶子未脱落时隐藏在叶腋内,叫做腋芽,腋芽常不止一个。如杏树的腋芽两两并生,紫穗槐的两枚腋芽则相叠而生,枫杨、山皂角的腋芽三枚叠生,而云实的腋芽常4~6个,上下迭生。如果最上方的芽受到伤害时,由第二个芽接替发育;第二个芽受伤时,由第三个芽接替发育。真是“有备无患”啊!

按性质分,冬芽可分为三种:发育成带叶枝条的叶芽、发育成花朵的花芽和既开花又长枝条的混合芽。如桃树的三个并生腋芽,中间最大的芽为叶芽,而其两侧的芽是花芽。苹果、梨和海棠的芽则均为混合芽。

冬芽是能开花长枝叶的器官。看上去,它柔弱娇嫩,但面对寒冷和干燥等不利条件它却毫不畏惧,因为它早就做好了充分的准备。首先,每个冬芽外面都包得严严实实,最典型的如玉兰和木兰的冬芽,其芽的外面都包着两枚像笋壳般紧裹的芽鳞片,这是两片变态的叶子。每个鳞片坚韧厚实,上面生着密密的绒毛,仿佛披上了一件厚厚的毛外套;有些植物的芽鳞还能分泌一些粘液,除有防水作用外,还可粘住爬来吃芽的小虫;有些植物的芽鳞外挂有一层光滑的蜡质,既可以防止芽内水分的散失,还可以阻止外界雨露霜雪的渗入,从而起到了保护幼芽安全越冬的作用。

冬芽不仅由于其外部产生了抵御寒冷等不利条件的适应性结构,其内部细胞也随气温的下降改变了原有的生理状态,因而大大增强了抗冻性。有的科学家通过微小的温度电偶检测过杜鹃属的一些越冬芽的温度,发现花芽的温度虽已降到冰点以下,甚至达到-30℃时,花芽却没有冻伤。原来随着温度的下降,花芽细胞内的水分脱出,并且存于外面的细胞间隙中。这样,花芽细胞内的汁液变得十分黏稠。当温度下降到-300℃时,花芽内的细胞几乎变成纸一样干燥的物质。从生理学上看,芽就是通过使冰点下降的途径,使细胞内不会产生冰晶,从而有效地抵御了寒冷,安然无恙度过隆冬。当大地回春、冰雪消融时,外界的水分又会回到花芽内,色彩缤纷的花朵便竞相开放了。

缤纷的花朵

盛开的鲜花,五彩缤纷,瑰丽夺目。有的赤红如血,有的洁白如玉,有的黄似橙桔,有的浓黑如墨。如此艳丽芬芳的花色是怎样形成的呢?

原来,花瓣颜色是花瓣细胞内所含的色素所决定的。这些色素归纳起来有三类。

第一类是胡萝卜素,存在于细胞的有色体或叶绿体中,种类很多,不仅花瓣中有,而且在根部、叶片、果实中也有。花瓣呈现红色、橙色及黄色等,即由于该类色素所致。

第二类是花色素,它多以葡萄糖等糖类结合形成糖甙(花青甙)的形式存在于植物细胞液中。由于花色素约有20种,花青甙有130种,各种植物的花瓣中包含的花青甙数量、种类不同,因而花朵显色幅度较大。当细胞液呈酸性时,可表现出红色、粉色、橙色等;呈中性时,为紫色;细胞液呈碱性时,则为蓝色。

第三类是类黄酮,也以糖甙形式存在于花瓣细胞液中,可呈现出从浅黄至深黄的各种花色。细胞液碱性越强,其黄色变得越深,反之,如酸性越强,其黄色变得就越浅。

黄色的花朵是很常见的。浅黄色花瓣中最常见的色素是类黄酮,像金鱼草、大丽花等的奶油色、象牙色的花即是。较深的黄色,像郁金香、百合花和蔷薇花等主要是含类胡萝卜素形成的。还有一些花,像万寿菊、酢酱草等,其深黄色则是由类胡萝卜素和类黄酮协同显色的结果。通常认为类胡萝卜素比类黄酮显示的黄色效果显著。

橙色的花,与类胡萝卜素和花青素含量的比例有关。如前者含量多些,则显示出偏黄的橙色,像橙黄的百合;而后者含量多些则显示出偏红的橙色,像天竺葵特有的橙色花瓣;两者之间含量的变化,影响花色显示出微妙的差异。

红色和粉色的花朵,像牡丹、桃花等,其花色均与花青素有关。而花瓣红色的深浅则是由花青素的含量来决定的。

自然界中有不少是开蓝色花的,显得十分娇艳,如石竹和矢车菊等。但科学家在花朵中始终未找到蓝色的色素。从矢车菊、石竹等蓝色花瓣中提取的色素,主要是花青素。那么花青素又是如何显现出蓝色的呢?这个问题,争论了几十年还没作出定论。不过,有的科学家认为这是由于花青素和金属元素、助色素等组合成为一种十分复杂的络合物,在花朵细胞液中显现蓝色,于是就有蓝色的花,如石竹蓝色花瓣内的花青素就是由钾、钠等金属原子结合成盐类形式存在,而且很稳定,不受细胞液酸碱度变化而改变颜色。

绿花和青花,就是花中色素以叶绿素为主。至于占花色30%的白花呢,那是花中不含色素,只是组织里充满了无数小气泡,所以看起来是白色的。

如果挤掉这些气泡,白花就成为无色的了。实际上,有的科学家认为自然界里根本就没有纯白色的花,白色花瓣的色素是存在于花瓣中的极浅的黄色色素类黄酮。

那么,在千万种花色中共有多少种色彩呢?有人曾经统计过4000多种花色,发现有白、黄、红、蓝、紫、绿、橙、茶和黑等9种色彩。其中以白色最多,其次是黄花、红花、蓝花、紫花、绿花、橙花、茶花,最少的是黑花。

花的颜色多在红、蓝、紫之间变化,其次是在黄、橙、橙红之间变化。

五彩缤纷的花色,给人以美的享受,但对植物本身来说,不过是招引昆虫传粉的标志广告。不同的花色为不同的昆虫所青睐:蜜蜂喜爱蓝色和黄色,对含类黄酮的白色也喜爱;甲虫一般对颜色的感觉能力差,喜趋往暗淡色、奶油色或绿色的花朵;蝶类喜红、紫等鲜艳的颜色;蛾类喜红、紫、淡紫和白色;蝇类喜暗淡色以及棕色、紫色或绿色;胡蜂喜棕色。