书城科普读物科学伴你行——植物奇观
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第8章 奇妙的植物现象(2)

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,并促进种子更好地发育生长。

常绿之谜

作为观赏植物的万年青,它不仅具有耐寒、经冬不凋,叶绿果红的特点,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。

阳光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,适宜生长在荫蔽的环境中,如云杉、冷杉和一些森林中的草本植物。万年青属于阴生植物。

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蔽阴的环境下,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蔽阴处仍然保持碧绿的奥秘。

枯叶落地

在我国辽阔的土地上,在秋冬之交的时候,是一个干燥寒冷的节气。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。大多数落叶植物是温带多年生植物。

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,细胞之间遂失去黏结力,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。

在就是在秋末冬初的时候,如果你漫步街头,仔细观察街道两旁的树木,就会发现一个有趣的现象:同一种树木,在路灯近旁的比远处的落叶要晚。这是什么原因呢?

原来,这些温带多年生木本植物落叶以后,就进入休眠状态。秋冬休眠是植物个体发育过程中的暂时停顿现象。落叶和休眠,虽然是对低温的防御现象,但并不是低温引起的,而是秋季日照缩短的作用。逐渐缩短的日照作为严冬即将来临的信号,成熟的叶片作为感受器感受信号之后,形成某种抑制物或激素,并转运到芽中,产生一系列的代谢变化,导致植物对低温发生种种生理上的反应,如营养物质转移到根、茎和芽中贮藏起来;枝条和越冬芽中的淀粉转变成糖和脂肪;组织含水量下降;生长激素减少,而脱落酸、乙烯逐渐增加,使植物体的代谢活动大大降低,最后出现落叶休眠现象。

路灯近旁的植株或部分枝条,因日落后继续受路灯灯光的照射,干扰了短日照条件的影响,因此落叶晚甚至不落叶。这种现象对于植物本身来说是不利的。因为未落叶,就不能进入冬眠,叶片继续因蒸腾作用而失水。与此同时,冬季根系吸水困难,因而引起枝条枯萎,甚至植株死亡。

连理枝成形

唐代大诗人白居易所作《长恨歌》中有句名句,“在天愿作比翼鸟,在地愿为连理枝”,连理枝是指两棵树的枝干合生在一起。北京故宫御花园里钦安殿、浮碧亭的旁边都有这样合生的树。

连理枝在自然界中是罕见的。相邻的两棵树的枝干为什么可以长得相依在一起呢?

因为在连理枝的树皮和木质部之间,有一层细胞叫做形成层,这一层细胞有很强烈的向外和向内的分裂作用,细胞分裂,增生了许多新的细胞,就会使树干长粗。

如果两棵树在有风的天气里,树干互相磨擦,把树皮磨光了,到无风的时候,两条树枝挨近,形成层就密接在一起,互相增生的新细胞,就会长在一起,越是靠得紧,就越容易长在一起。

古人从自然界里看到了连理枝的形成,就创造了人工嫁接的方法。人工嫁接也无非是将一种植物的芽或枝割取下来(叫做接穗),同时将另一种植物的树皮割一切口,露出形成层(叫做砧木)。这样,使接穗和砧木的形成层密接,用麻捆扎起来,过些日子就长在一起了。

从古书上的记载来推断,我国很早就用嫁接的方法来栽培果树。例如唐代郭橐驼所著的《种树书》中对于嫁接作了很多有意义的记述,书中说:“桃接李枝则红而甘;梅树接桃则脆;桃树接杏则大;李树接桃则为桃李。”

我们的祖先根据自然界中连理枝的形成发明了嫁接术,今天我们运用嫁接来创造新品种,仍然是一个重要的方法。

甘蔗之甜味

凡是吃过甘蔗的人,都知道甘蔗的上半截没有下半截甜,特别是甘蔗的梢头,简直淡而无味,为什么同一株甘蔗,甜淡悬殊这么大,而越到下部,特别是甘蔗的老头部分,甜味越是浓厚呢?

当甘蔗还是幼苗的时候,生命活动的主要部分是根和叶。根吸收水和养分,输入叶子。叶子吸收了二氧化碳,连同根部送来的水和养分,在阳光下,制造成自身所需的养料。这种幼苗时期的甘蔗,如果取来尝尝,会发现梢头和老头都没有什么甜味。但随着甘蔗的成长,它们的内部活动不仅旺盛而且复杂起来了。它要剥几次叶子。剥叶子的作用,除了加速甘蔗向上发展以外,主要是使甘蔗的茎秆接受阳光的照射,制造出更多的养料。一般来讲,植物制造的养料除了供自身消耗以外,多余部分就贮藏在根部,由于甘蔗茎秆制造成的养料绝大部分是糖,所以根部就积贮了不少的糖分。

此外,由于甘蔗叶子在不停地蒸发水分,所以甘蔗上部特别是梢头总是保持着充分的水分,供叶子消耗。这些水分总是越近梢头越多,越近根部越少,而水分越多的地方,糖的浓度也就相对降低,甜味也就淡了,所以我们吃甘蔗的时候,总会发现甘蔗的老头比梢头甜。

不过,如果甘蔗在地里长到10月以后,情况就会有改变,梢部也会同样的甜。

结果不开花

又一种植物叫无花果,从无花果的名字看起来,这种果实好像是没有花,但事实究竟是怎样的呢?

典型的花,由花托、花被(就是花萼和花冠)、雌蕊和雄蕊四部分构成,这四部分都有的叫完全花,例如桃花。四部分不完全具备的叫不完全花,例如桑树花。一般植物,是花托把花被、花蕊举得高高的,因此引人注目。而无花果的花却悄悄躲藏在肉质花托的内壁上,人们看不见它,因此认为它是不开花的。

说起来你或许不相信,无花果还会一年开两次花、结两次果哩!当大地回春、草木欣欣向荣的时候,它就蓬蓬勃勃地抽枝发叶,同时生出花来;在秋高气爽、雨水充足的时候,它的枝条又迅速往上长,同时生出花来。第一次花结的果子在当年秋天成熟,第二次花结的果子要到第二年春天才成熟。

无花果的老家在西南亚的沙特阿拉伯、也门等地,到目前为止,全世界栽培品种已有1000多个。在我国长江以南各省都有栽培,在北方作为盆栽观赏植物。

无花果味道鲜美,类似香蕉,营养丰富。鲜果中含有较多的果糖和葡萄糖,可以加工成蜜饯、果酱、果干等。在中医学上,干果还可以入药,能开胃止泻,治咽喉痛。

花生结果

我们平常看到的植物,一般开花受精后,就能在枝上长出果实来,但花生却不同,我们只能够看到花生枝上开许多金黄色的小花,但却看不到它枝上结果。花生结果的脾气很古怪,一定要在黑暗的土壤中才能生长,陆地上的植物只有花生是地上开花、地下结果的,人们把它称作“落花生”。

花生为什么在黑暗的土壤里才能结果呢?人们研究发现,花生果实的发育需要有水分、黯黑、压力等,其中以水分和黯黑环境最重要。实验证明,只要有适量的水分、暗黑的环境,花生也能在空中结果。

花生的老家在南美洲的巴西、秘鲁一带。在1492年,哥伦布发现新大陆后,花生才开始国际性的长途旅行。它们最先来到非洲的几内亚,以后又由葡萄牙人把它们带到亚洲、欧洲等地,大约在15世纪末或16世纪初,花生传到了中国。

花生仁的营养价值很高,不但含有大量的蛋白质,还含有丰富的维生素。

它的红衣含有大量止血素,用它制成的“血宁1号”,是缩短凝血时间的良药。

出污泥而不染

荷花又叫莲花,原产在亚洲南部和澳洲,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,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,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,莲花象征着神圣和贞洁。

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。

树木过冬

冬天来了,人们都不约而同地穿上了厚厚的衣服,戴上了手套、围巾和帽子,但我们看一看周围的树木,除了松柏类依然树叶满枝、苍翠夺目外,其他的都显得光秃秃的。寒风一吹,枝条似乎都在发抖,它们怕冷吗?它们能抗得住冬天的寒冷吗?

很多年来,人们在不断地探讨树木过冬的秘密,最早的一些观点认为,树木可能与温血动物一样,本身也会产生热量。另外一种观点认为,冬天树木含水量少,即使在零度以下也不容易引起结冰而死亡。但我们知道,树木本身是不会产生热量的,面在零度以下结冰的柳枝、针叶也并没有因为冻结而死亡。那么,秘密究竟在哪里呢?