植物也有性别
人人都知道动物有雌有雄,可是对于植物也有雌雄这一点,不少人也许不大注意或不大了解。其实,在高等植物中,性别的分化情况比动物要复杂得多。就拿大家熟悉的玉米来说,顶上开的是雄花,它由花药和花丝组成,花药中包含着千千万万的花粉;从玉米苞的苞叶尖上抽出来的“胡子”,则是雌花,它由柱头、花柱和子房组成,子房就是结果育种的地方。这种在一株植物上雌花、雄花分开的植物,叫做雌雄异花同株植物。而千年桐、银杏、油瓜等,虽然也是雌雄异花,但它们的雄花和雌花不生长在同一株树上。这样的植物,则称之为雌雄异株植物。水稻、小麦又不同,它们的雌、雄性器官长在同一朵花里,在植物学上把这种花叫两性花,这种植物则是雌雄同花植物。更有趣的像番木瓜,它既有单性花,又有两性花,为一种“混性植物”,特别是在一些雌雄同株异花的植物上,花的性别还可随着开花的部位,植株的年龄而变。如蓖麻,下部开的是雄花,中部开的是两性花,上部开的几乎全是雌花。所以说植物的性别比动物要复杂得多。
在植物界中,植物雌、雄同株或异株已经不是什么新闻了。但是雌雄互变现象,却是令人费解的。天南星属中有些植物,在春天生出时都是雄株,可是“公”的经过了3~5年生活之后,又摇身一变成了雌株。更为奇特的是,过了一些年之后,又恢复成雄株。性别的变化曾引起不少生物学家的兴趣。
研究发现,植物性别变化,与植物体内激素分泌情况有关,如细胞分裂素、赤霉素、乙烯等都参与了性别分化的作用。环境条件的改变,使体内的性激素发生变化,也可以改变性别。例如黄瓜,早期少施氮肥,多施磷肥,增加灌水,就可以促进多开雌花。又如大麻,在无氮培养液中生长,几乎全是雄株,但是随着氮肥增加,雌株的比例也会相应提高。用化学药剂处理,在黄瓜幼苗长到2~3片真叶时,喷洒万分之一的带乙酸钠盐溶液,则可以使雌花在数日之内增加3倍。
控制植物的性别,夺取农业高产,这已经不是什么幻想了。人们通过控制环境条件、化学处理等方法已在生产上取得明显效果。植物世界的“媒人”
开花、传粉到产生种子,这是开花植物繁衍后代的一种有性生殖方式。
自然界中,除了豌豆、菜豆少数植物是自花传粉,即自己的花粉落在自己同一朵花的柱头上之外,大部分开花植物都是异花传粉的。异花传粉一定要借外力传送。那么,一株植物的花粉靠什么力量传到另一株植物的柱头上呢?说来也十分有趣,原来植物有各种各样的“媒人”来帮忙。
那些花瓣美丽、气味芬芳(也包括臭花)和有香甜蜜汁的花,它们能用色、香、蜜来引诱蜜蜂、蝴蝶、飞蛾、甲虫、蝇或蚂蚁等昆虫来为它们传粉,这叫虫媒花,各种昆虫就是它的“媒人”。像杨树、松树、稻、玉米等一些植物,全靠风来做“媒人”,它们不需要有美丽的花瓣,这是风媒花。风媒花的花粉数量很多,花粉光滑而干燥,有的甚至带有便于飞行的气囊,在风力的帮助下,花粉可以随风升到超过2千米以上的高空。当风媒花的花粉随风飞扬,落到同种植物雌蕊的柱头上以后,也可以达到受精的目的。风媒花的植物在长期适应风力传播花粉的演化中,像稻、玉米等植物雄蕊的花丝已经演变得特别细长,使花药悬垂在花的外面。这样,当它们在微风中轻盈摇曳时,就能更好地散发出花粉;与此相应的雌蕊的柱头也变得突出而且富有黏性,有的就像羽毛一样(如稻、雀麦等的柱头),可以更有效地接受由风送来的花粉。
靠水来传送花粉是水媒植物的特点。最有趣的是苦草,扎根在水下的淤泥中。它的雄花花蕾形成后,从花梗脱落,漂浮在水面上开花;雌花花蕾形成后,则借助一根极长的花梗伸长在水面,雌花在水面上开花,但不脱离花梗。这时,浮游在水面上的雄花,经过与雌花碰撞后进行传粉,随后,雌花闭合,那根延伸得很长的花梗会表现出螺旋状的卷曲,把雌花拉入水底,让果实在水底成熟。
在热带和部分亚热带地区,还有靠鸟和蝙蝠来传粉的。蜂鸟很小,当它来访时,在花外固定的位置上振动翅膀,将长而硬的喙伸入花内用长舌来采蜜,它那娇小的躯体及头部也就碰触到了雄蕊和雌蕊,从而达到了传粉和受粉的目的。蝙蝠也是植物的传粉者,这一点也许还不大为人们所熟悉。蝙蝠传粉的对象是夜间开放的花,它们大多是直接在茎上开花的“茎花植物”(如菠萝蜜等)。这些花大多花冠张开得很大,有大的花药及胶粘的蜜腺,蝙蝠喜欢食用它们富含蛋白质的花粉,同时以帮助传粉作为报偿。
植物繁殖后代的方法
“种瓜得瓜,种豆得豆”,种子是植物传宗接代的一个主要手段。但是通过根、茎、叶来扦插,像孙悟空“分身术”那样,也可以再生出新的植物来,俗话说,“无心插柳柳成荫”,插柳就是用茎进行扦插繁殖的一个最好的例子。
实际上,靠茎来繁殖的例子多得很。对于有鳞茎、球茎、块茎、根状茎或匍匐茎的植物,用茎进行营养繁殖比用种子繁殖更为普遍。土豆大家都很熟悉,在供人们食用的块茎上,有许多像眼睛一样的小凹窝,窝内就长有芽,叫做“芽眼”。由于芽眼中的芽太小,平时不仔细看是看不见的。种土豆时,只要将这些带有“芽眼”的部分切成小块来种植,就可以发芽长出新的土豆来。山药更是一种有趣的植物,它的肥大的枝状或掌状根,是我们食用的部分。在它的地上部分的叶腋内,还生长着一些也可以吃的有指头大小的“珠芽”。珠芽有一个奇怪的别名叫“零余子”,它是茎的一种变态,在它的顶端也长有“芽眼”,所以用它也可以进行繁殖。
还是回到插柳上来吧。插柳之所以能活,是在于这一段茎虽然脱离了母体,但仍然是有生命的。只要环境条件合适,在截断的伤口部分,细过细胞分裂可以产生出一团白色的细胞团(愈伤组织),并且从这愈伤组织的地方能长出根来。这样,截下的那一段枝条就成了一颗能独立生活的植株。用扦插来繁殖的植物很多,像果树中的无花果、葡萄、石榴;林木中的白杨、泡桐、水杉、桑树;观赏植物中的夹竹桃、月季、非洲紫罗兰等,它们中有的是用茎、有的用叶、有的用根,通过扦插繁殖可以在短期内迅速扩大植物的数目,而且可以保证植株的遗传特性不变。对于有些采用扦插而不易生根的植物,还可以用植物激素,如萘乙酸、吲哚乙酸、吲哚丁酸处理来促进插枝生根。
近年来,随着生物工程技术的迅速发展,利用植物组织培养的方法已可使植物的一小块叶、一小段茎,甚至一个细胞,将它们放在玻璃瓶内的培养基上培养,而产生出成千上万的植物新植株来。这叫做植物组织培养法,它能快速繁殖植物新植株,所以有时就简称“组培”或“快繁”。这种方法与用扦插的方法相比较可以说又前进了一大步。
种子萌发
种子植物的生长,是从种子的萌发开始的。在适宜的温度、充足的水分和氧气供应的条件下,种子从休眠的静止状态转变为活跃状态并开始胚的生长,这就是萌发。种子萌发后,胚继续生长,通常以胚根或胚芽伸长到一定程度时,作为种子萌发的标志。如水稻,在胚根突破种皮时为“露白”,幼芽长度达到种子长度的一半则为萌发。
萌发的过程,从种子吸水膨胀开始,然后种皮变软。吸水之后,原生质由不活跃的凝胶状态变为活跃的溶胶状态,种子内代谢活动大大加速,贮藏的物质发生转化,并分解为可溶性的简单化合物,运送到胚部的生长区,作为幼苗未独立之前细胞活动和生长所需的物质与能源。所以,水是种子萌发时物质转化、能量转化与形态转化的必不可少的条件。
在水分吸入的同时,氧气也随之进入种子。通过充足氧气的供应,使贮藏的有机物逐步氧化分解,最后生成二氧化碳和水并释放出能量。因此,种子萌发时能量的供应过程也是一个需氧的过程,如果氧气供应不足,正常的呼吸作用会受到影响,种子也不能正常萌发。所以播种时如果播得过深或土壤积水都会造成种子缺氧而影响萌发。
萌发的另一个重要条件是温度。温度的高低主要与酶的活动有关。种子萌发时内部发生的一系列生物化学变化,都是由酶在控制着。温度低时,酶的反应慢或停止;温度太高,酶又会被破坏,因此,种子萌发时必须有一个最适的温度。多数种子萌发时所需的最低温度为0℃~5℃,最高不超过35℃~40℃,而最适的为25℃~30℃。
一般说来,只要是有生活力的种子,在满足了水分、氧气、温度这三个条件之后都会顺利萌发。但也有少数种子萌发时则需要光照或黑暗的条件。
如胡萝卜、烟草和禾本科牧草的种子在光下萌发更好,而苋菜种子只有在黑暗中才能萌发。
种子萌发是植物一生中一个转折时期,了解了它们在萌发时必须的条件及物质转化特点,对合理运用农业技术措施,促进生产发展极为重要。会爬行的种子
会爬的动物在自然界中到处可见,爬行的蛇,可作尺蠖运动的昆虫幼虫……可你见过自己会爬的种子吗?
野燕麦的种子就有会爬的本领。先来看看它是怎样爬行的。它的种子外壳上有一根长芒。芒的中间呈膝状弯曲。长芒分为芒针(上部)和芒柱(下部)两个部分。芒柱平常是扭曲着的,它有个特殊功能,即对空气干湿度极为敏感。空气相对湿度的增加,芒柱不断吸水膨胀,随后发生旋转。芒针在旋转的芒柱带动下也朝同一方向旋转。这时膝状弯曲部分会逐渐伸直,种子便向前爬行。如空气变得干燥,芒柱就会由于不断的失水而干缩,随之产生反向的旋转运动,长芒中间部分又形成膝状弯曲。这样,由于长芒的伸曲运动,种子便产生了向前的爬行动力。又由于种子外壳上生的细硬的短毛是朝同一个方向生长的,因而起着种子只能向前而不能后退的作用,野燕麦种子就是这样一点点向前爬行,遇到地缝,就可钻进去,一当外界条件适宜时,就在那里萌发生长。
动物的爬行运动是主动的寻食、捕食或主动逃避敌人的攻击。而野燕麦的种子爬行却是被动的,它以空气相对湿度为调节,机体结构相应地发生变化,从而产生一种爬行形式,爬行的结果传播了种子,这种适应不仅保护种族,而且繁殖了后代。
动物帮助传播种子和果实
植物种子和果实的传播媒介中,鸟类、哺乳类和昆虫等动物起着积极作用。
动物帮助传播种子和果实,有些时候一半的功劳还得归功果实种子自己,因为它们具有特殊的结构,如倒钩、直刺和钩刺。当动物掠擦这些黏附物的亲本植物时,它们就可能粘在动物毛皮上,随着动物的活动可能扎进和刺激皮肤,动物就会设法把它们从毛皮上抓下,因此种子和果实也就传播到别处了。
你也许还记得,秋天穿过草丛,衣襟和裤腿上常常会挂上一些小草籽。
你不也成了种子的传播者了吗?
有些种子掉进土壤里,当动物走过时,泥土和种子一起粘到动物的脚上,种子同样可以被运到很远的地方。
有些植物的果实吃起来鲜美可口,因而成了动物的美味佳肴。许多果实也是依靠它们的香味或艳丽的颜色来吸引动物的。包在果实里的种子被动物吞食后,多数种子的外皮可抵抗动物的消化酶而不被消化。当动物活动时,种子便随着动物的粪便而传播。
候鸟往往是义务传播种子的大军,每年数以万计的候鸟从南到北,从北到南大规模迁徙,它们往往无意中携带种子,南种北移,北种南运。这些种子到了新的环境,只要条件适合,便可萌发、生长、发育,在新的环境中繁衍起来。
朴素无华的风媒花
虫媒花有三宝:花冠鲜艳,气味芬芳,而且有蜜腺能分泌甜美的蜜汁。
可是自然界的花并不是都长得这副模样,相反的有些长得很小,既不美艳,又无香味和甜汁,像小麦、水稻、杨树和栎树等的花就是这样,得不到昆虫等“月下老人”的青睐。它们只好借助风的帮助来传送花粉了。
不要以为风力传粉是很方便的事,一阵风来就可以把花粉吹落到另一朵花的柱头上。事情没那么简单。植物生长在空旷的地方,风向又经常在变动,要使细小的花粉刚好落在纤细的柱头上,该是多么困难啊!风媒花在自然选择中,产生了种种适应于利用风来传送花粉的特点。
风媒花虽然比较细小而不显眼,但在同一植株上的花朵数量很多。例如胡桃花、杨树花都排列成柔软下垂的柔荑花序,玉米的雄花排列松散的圆锥花序(俗称天花),在微风中花序来回摇动,使花药中的花粉易于散布到大气中去。
有些风媒植物的雄蕊花丝比较长,当花药开裂后,花丝就失去膨压,于是花药就悬挂在花外。如水稻等禾本科植物的花药在成熟时就露在花外,它随风摇摆,很有利于花粉的散布。
风媒花的花粉一般又小又轻,表面光滑不具黏性,极易被风吹走。哪怕是只有一丝微风,都可以使它们远走高飞。最令人惊奇的是松树花粉的传送了,其花粉两侧生有两个像网袋一样的气囊,仿佛长有翅膀那样,随风飘扬,朝着远处的雌花飞去,即使远到50公里以外,照样能与雌花传粉受精。同时,风媒植物的柱头又比较发达,常常扩展成羽毛状,这样就使花粉容易附着,因而增加接受花粉的机会。
风做“媒人”,花粉难免吹落到其他地方而产生浪费。有人计算过,相隔2.5公里距离的两朵花,平均1440粒花粉中才可能有2粒花粉吹落到雌蕊的柱头上。其余的都刮得无影无踪,化作灰尘了。风媒花无奈只好以产生大量的花粉作为浪费的补偿。如松树的一个花序可产生16万粒花粉粒,以至每到春天松树开花季节,松树下总是落有一层硫磺色粉末。一株玉米可产生约5000万粒花粉,玉米开花季节如果我们在地里走一趟,会明显地感觉到花粉在扑面而来!风媒花以极高的“保险系数”保证了传粉能够实现。
有些落叶林中的风媒植物,还具有先花后叶的习性。榆树、杜仲、紫荆、杨树等,它们每年都在叶片萌发前开花。这样,成熟的花粉不受枝叶的阻挡,有利于花粉的传播。
传粉受精水做媒
自然造就了植物,同时植物也适应着环境。植物种类千千万万,大自然对谁也不偏不倚,对每种植物都有精巧的设计,使各种植物以不同的方式传粉受精,延续后代。虫媒花植物以其艳丽的花色、浓郁的芳香和甜美的蜜汁,吸引各种昆虫来完成传粉过程。风媒花植物为了借助风力,只好把花粉变得细小如尘,甚至插上翅膀。然而,你知道水生植物是怎样传粉受精吗?“靠山吃山,靠水吃水”。水生植物的传粉只有靠水的帮助了。
水生植物中的黑藻和金鱼藻等,对这个问题的解决方法很简单。只要它们细丝般的花粉散落在水面上,凭借徐徐的流水就很容易缠绕在雌花上,顺利地完成传粉受精。
最有趣的要算苦草了。它原产于地中海一带,是水鳖科的深水无茎草本。