书城科普读物求知文库-生物与生态系统
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第8章 植物的结构和生活(2)

植物这种呼吸作用叫做“光呼吸”,和光合作用有密切的关系,光呼吸要消耗掉光合作用所产生的一部分有机物。有些植物的光呼吸较强,消耗的有机物就多些,有些植物的光呼吸较弱,消耗的有机物就少些,这对作物的产量有直接的关系,所以大家对植物光呼吸生理功能的研究相当重视。

植物体内的生物钟

我们知道,日历和钟表能准确地计算时间的流逝,那么生物体里是否也存在着一种类似钟表的时钟呢?

200多年前,就有人用实验来寻求这个问题的答案,他们把叶片白天张开晚间闭合的豌豆,放在与外界隔绝的黑洞里,结果看到叶片依然按节律白天张开而晚上闭合。这有趣的实验,令人信服地说明:生物体内确实有一种能感知外界环境的周期性变化,并且调节其生理活动的“时钟”,这种时钟,人们把它叫做“生物钟”。那么生物钟是否也能像钟表一样可以对时、拨动和调整呢?科学家用实验做出了肯定的回答。他们颠倒了白天张开晚上闭合的三叶草的光照规律,就是白天把它放在人造夜晚中,夜晚把它放在光照下,经过多次的摆布后,叶片的张合就和自然昼夜颠倒了,这说明生物钟的指针已经被拨动,但是,当把它再放在自然昼夜中的时候,原来的节律又很快地恢复,钟又调正校对过来了。不同的生物有不同的生物钟,植物体内的光敏素就是控制植物昼夜节律或者开花时间的生物钟。生物钟的机制远比当代最精巧的钟表复杂,但是其中的奥秘到现在还没有完全被揭开。对生物钟的研究,对工业、农业和医疗甚至国防,都有重大的实际意义。例如植物在一天中吸收不同的无机离子的时间各不相同,如果掌握了这个“进食时间表”,就可以用最少的肥料达到最好的增产效果;心脏病人对洋地黄的敏感性在凌晨4点钟的时候,大于平时的40倍,这对掌握用药时间,大有益处;癌细胞的分裂有其分裂周期,如果对它分裂的规律了如指掌,那么对癌细胞的恶性生长就制之有术了。随着科学的发展,对生物钟的研究,必将在人类生活中产生深远的影响。

植物的细胞王国

细胞在英文中是CELL,是小房间的意思,为什么称之为小房间呢?这要追溯到3个世纪以前,当时一个叫罗伯特·虎克的英国人透过自制的显微镜观察软木的切片,在薄薄的木片上,虎克发现了许多像蜂巢一样的孔洞,孔洞壁很薄,就如同蜂巢中的腊膜,虎克把这些小孔称作CELL,这也是当今细胞的由来。不过虎克当初看到的是已经死亡变干燥的细胞。后来人们越来越多地对细胞进行观察、研究,发现了复杂的细胞王国里的许多有趣现象。

首先说一说细胞的个子,细胞的大小可不一样,有的细胞直径在20—50微米之间,几十个细胞才不过1毫米。可有的细胞则是巨人,沙瓤西红柿的果肉细胞直径可达1毫米,这中间的差别真是悬殊得很。

还有的细胞是典型的瘦高个儿,棉花纤维的细胞长达60—70毫米,苎麻的细胞长度可达620毫米。有的植物被折断后可流出乳白色的乳汁,而那条流淌乳汁的乳汁管,就是一个含有无数细胞核的大个细胞。

细胞的形状也千奇百怪,有扁平状、柱状、小方块状、蚕豆状、长筒状,不同形状的细胞功能也不同。

细胞的构造虽大同,但也有小异。细胞最基本的是细胞壁、细胞质和细胞核。最外层即是细胞壁,它是细胞的框架,如果在细胞壁的纤维素中添加不同的物质,细胞就会具有不同的奇妙特性。加入木质素的木质化细胞,使茎变得坚实,这就是草、木的不同之处;表皮细胞能减少水分蒸发,是增加了角质素;小麦、稻谷、玉米茎叶中含有一定量的硅质,所以也就变得坚利起来,能划伤人的皮肤。这还仅是细胞壁的一小部分,那么整个细胞世界该是多么奇妙而充满乐趣啊!

奇妙的植物激素

动物的体内有多种激素,调节着动物的生长发育,有着十分重要的作用,那么植物体内有没有激素呢?回答是肯定的。

天然的植物激素并不多,据统计,700万株玉米幼苗所分泌的植物激素,也只有针尖大的地方。但就是这极微小的激素,对植物的生长起着不可估量的作用。

屋子里的花草,会自动转向有光的地方,向日葵紧紧跟随着太阳,这些都是生长激素的作用。树的树冠,上尖下粗,这也是生长素的作用。顶端芽的生长素能抑制侧枝的生长,越靠下,顶端芽的抑制作用则越小,所以树冠就成了上小下大。知道了这一点,农民把棉株的尖端剪掉,侧枝增多,就有可能收获更多的棉花。绿化篱的顶芽被剪掉,于是它就不再长高,侧向发展,变得很厚,绿化效果就更好了。

生长素还能促进果实的生长。人们把没有授粉的苹果、桃、西瓜等注入生长素,就可以吃上无籽的果实了。

还有一种激素叫脱落酸,它能促进植物的衰老。在冬天里,脱落酸使植物叶子落光,进入休眠状态,看来,脱落酸也有一定的积极作用呢。

植物的激素,对植物的生长可是不容忽视啊。

植物的“特异感觉”

随着科技的进步,越来越多的发现证明植物是一种极其复杂的“活机体”。它们也可能得“感冒”、“消化不良”、“皮肤病”、“传染病”甚至“癌症”。

植物还具有模仿能力。为了在传粉期间吸引昆虫前来传粉,有的植物会散发出一种尸臭味,诱使苍蝇、甲虫等前来产卵,借机传粉,可在平时,植物则根本没有这种气味。植物的模仿也证明了植物存在“嗅觉”。

植物具有感觉。尽管工作原理不同,但是植物的感觉还是敏锐的,有的植物为了避免长时间光照造成的伤害,能使自己“休克”,或者疲倦地睡着了。

同动物一样,植物也是自然发展的产物,尽管存在的形式不同,它们毕竟来自同一祖先——活细胞,因此植物具有疼痛感。当折断植物的枝、叶时,测定的电位差出现电压跃变,就好像受难哑巴的哀哭,如果能用镇静剂处理伤口,植物居然神奇地安静下来。

植物运动也千姿百态,像合欢树叶的开合、含羞草叶的闭合、还有会跳舞的“舞草”,都给人美妙的感觉。

另外,几乎所有的植物都可对磁场的微妙变化做出反应,有一种植物的叶子可指向四个标准方向。

同是生物,我们没有什么理由去虐待美好的植物啊!

植物的喜怒哀乐

科学家们经过研究发现,植物有类似“喜、怒、哀、乐”的现象。

“喜”美国有两名大学生,给生长在两间屋里的西葫芦旁各摆了一台录音机,分别给他们播放激烈的摇滚乐和优雅的古曲音乐。八个星期后,“听”

古典音乐的西葫芦的藤蔓朝着录音机方向爬去,其中一株甚至把枝条缠绕在录音机上;而“听”摇滚乐的西葫芦的藤蔓却背向录音机的方向爬去,似乎在竭力躲避嘈杂的声音。你可以通过这个实验明显看出,植物对轻柔的古典音乐有良好的反应。

“怒”美国测量器专家巴克斯特进行了一次有趣的实验:他先将两棵植物并排放在同一间屋内,然后找来六名戴着面罩,服装一样的人,他让其中一人当着一棵植物的面将另一棵植物毁坏。由于“罪犯”被面罩遮挡,所以,无论其他人还是不是巴克斯特本人,都无法分清谁是“罪犯”。然后,这6人在那株幸存的植物跟前——走过。当真正的“罪犯”走到跟前时,这棵植物通过连接在它上面的仪器,在记录纸上留下了极为强烈的信号指示,似乎在高喊“他就是凶手!”可以说植物的这种反应,与人类的愤怒有些类似吧。

“哀”巴克斯特还做了另外一个实验,他把测量器的电极接在一棵龙血树的一片叶子上,将另外一片叶子浸入一杯烫咖啡中,仪器记录反映不强烈。接着,他决定用火烧这片叶子。他刚一点燃火苗,记录纸上立刻出现强烈的信号反应,似乎在哭诉:“请你放过这片叶子吧,它已经被烫得很难受了,你怎么忍心再烧它呢?”

前苏联一些生物学家也作过类似的实验:把植物的根部放入热水后,仪器里立即传出植物绝望的“呼叫声”。

“乐”日本一些生物学家用仪器与植物“通话”获得成功,当他们向植物“倾诉”“爱慕”之情时,植物会通过仪器发出节奏明快、调子和谐的信号,像唱歌一样动听。印度有一个生物学家,让人在花园里每天对凤仙花弹奏25分钟优美的“拉加”乐曲,连续15周不间断。他发现“听”过乐曲的凤仙花的叶子平均比一般花的叶子多长了70%,花的平均高度也增长了20%。现代科学技术的发展,不断给人们提出一些新的课题,比如上面讲到的有关植物的类似“感情”的现象应当如何来解释呢?按我们已有的知识仅仅能将这类现象归结于植物的应激性,但要说明各种现象的机理,恐怕还需要后人不断地探索。

植物的酸甜苦辣

甜甜的蜜桔、酸酸的葡萄、苦苦的黄连、辣辣的尖椒,我们之所以能感受到这么多的味道,一方面是由于我们舌面上有味蕾感受器,另一个原因是由于植物本身就有酸甜苦辣的独特味道。为什么蔬菜、水果能有各自的味道呢?这是由于它们本身所含的化学物质的作用。

首先说说酸,就说能酸掉牙的酸葡萄吧,它含有一种叫酒石酸的物质,还有酸苹果所含的是苹果酸,酸桔中所含的是柠檬酸等等。与之相对应的人的酸觉味蕾是分布于舌前面两侧,所以那酸溜溜的感觉总是从舌边上发出来。

有甜味的植物是因为体内含有糖分。比如葡萄糖、麦芽糖、果糖、丰乳糖和蔗糖等。这里边甜味最大的则非果糖莫属,而且果糖更利于被人体消化吸收;其次是蔗糖,难怪以蔗糖为主的甘蔗、甜菜吃起来甜得要命。感受甜味的甜觉味蕾分布在人的舌尖上,如果想知道某种水果甜不甜,用舌尖舔舔就清楚了。

许多苦涩的植物是因为它们含有生物碱的缘故,像以苦闻名的黄连,它就含有很多的黄连碱;黄瓜、苦瓜是它们含有酸糖体的缘故。而苦觉味蕾多分布于人的舌根处,当吃过苦的食物后,那苦涩的滋味就在人的喉咙里经久不散了。

下面说一说令人满头冒汗的辣。植物的辣味,原因复杂。辣椒的辣是因其含有辣椒素;烟草的辣,是因其含有烟碱;生萝卜的辣,是其中含有一种芥子油;生姜的辣是姜辣素作用的结果;而大蒜则含一种有特殊气味的大蒜辣素。人们对辣的感觉是各味蕾共同作用的结果,所以吃辣的食物就能满口生辣。

植物的酸甜苦辣,真的让人的舌头回味无穷。

勇敢的植物

海拔四五千米的高山和地球南、北极,气候寒冷,冰天雪地,但在一片白色的世界里,却不乏植物的绿色身影。

这些植物有一个特点,就是身体矮小,甚至一些垫伏植物像垫子一样伏于地上,它们的茎极短,密生着许多分枝,这些分枝和上面的叶子紧贴地面,就凭这副惊人的模样,它们与狂风进行了一次次成功的较量。虽然茎短,但它们的根却很深,一方面固定了自己,一方面最大限度地吸收养料。

在南、北极,地衣像给荒原披上了一层薄毯,甚至还有一些开花植物,如极地罂粟、虎耳草、早熟禾等。植物的抗寒能力竟这么强!

还有一些植物,却能在“烈火中永生”。我国海南有一种海松,特别耐高温、不怕火烧。这是因为它有独特的散热能力,木质又十分坚硬,所以人们取海松木做成烟斗,长年烟熏火燎也不能伤它一根毫毛。还有常春藤和迷迭香这类植物遇火不燃,顶多只是表面发焦,能阻止火灾蔓延。

落叶松有一层很厚的但几乎不含树脂的树皮,大火很难将其烧透,就算被烧伤,树干还会分泌树胶,盖好“伤口”,防止细菌侵入。因此,一场大火后常常是落叶松的天下了。

植物中的一些种类,真可谓不畏严寒、不惧烈火的勇士了。

沙漠里的“绿色勇士”

一望无际的广阔沙漠,令人望而生畏。的确,干旱似乎带走了一切生机,但是有些植物,却凭借自己独特的生存本领,在荒漠里顽强生存,给沙漠带来了点点绿色。

有一些植物充分利用沙漠中每一滴难得的水,迅速地生根发芽。在撒哈拉大沙漠中,有一种叫齿子草的植物,只要地面稍稍湿润,它就能快速地生根发芽,直至开花结果,虽然只有1个月的生命,但它毕竟完成了自己的使命,并且一代代地繁殖下去。梭梭树的种子只能活几个小时,但是只要滴水浇灌,只需2—3个钟头,它就能生根发芽了。

还有一些沙漠植物是凭借庞大的根系生存,像非洲沙漠有一种只有一人高的灌木,可是它的根却深入地下15米之多,广泛地吸收深层的地下水分。

更有一些植物是以“貌”取胜,它们的茎干矮小又墩实,里面积蓄了不少水,仙人掌的叶子退化为刺;木麻黄的叶子像鳞片般细小;更有趣的是光棍树,小小的叶子长出后很快就脱落了。就这样,它们把蒸腾减少到最低限度,在沙漠里顽强地生长,成为黄色沙漠的“绿色勇士”。

植物的“自卫”本领

植物没有神经系统,也没有意识,如果受到其他外来物的侵扰,怎么能进行“自卫”呢?可是,科学家们却发现了一些耐人寻味的现象。

1981年美国东北部的1000万亩橡树受到午毒蛾的大肆“掠夺”,叶子被咬食一空。可是奇怪的是,第二年,像树又恢复了勃勃生机,长满了浓密的叶子,而午毒蛾也不见了踪影。森林科学家十分惊奇:没有对橡树施用灭虫剂和采取任何补救措施,而作为极难防治的午毒蛾又是如何消失的呢?科学家们采摘了橡树叶进行化学分析发现:叶中的鞣酸成分已明显增多,而这种鞣酸物质如被午毒蛾咬食之后,能与其体内的蛋白质相结合,使得害虫很难进行消化,于是午毒蛾变得行动迟缓,渐渐死去或被鸟类啄吃。这个事件说明橡树看来也有“自卫”能力。

在美国的阿拉斯加原始森林中,野兔曾泛滥成灾,它们过多地食用植物根系,啃吃草木,大大破坏了森林植被。正当人们费尽心思而效果甚微,感到束手无策之时,他们惊喜地发现,许多野兔生病、拉肚而大量死亡。这又是怎么一回事呢?科学家们经过研究发现:森林中曾被野兔咬得不成样子的草木,在长出的新芽、叶子中竟不约而同地产生了一种化学物质——萜烯,使野兔在咬食之后生病、死亡,数量急剧减少,从而保护了森林。这是不是也在证明植物的“自卫”能力呢?

善于“武装”的植物

形形色色的植物,裹一身绿装,挂丰硕的果实,时时刻刻吸引了大批动物前来“观光”“品尝”。似乎植物就要束手待毙了,植物也有自己坚实的“武装”,跟你拼个鱼死网破,请看:

南美洲秘鲁南部山区生长着一种形似棕榈的树,在它宽大的叶面上布有尖硬的刺,当飞鸟前来“侵犯”,意欲啄食大叶子时,树的“武装”发挥效力了,密布的尖刺使鸟儿轻者受伤,重者死亡。当地人把这种称树为“捕鸟树”,因为他们常常可在树下捡到自投罗网的飞鸟,而吃上鲜美的鸟肉,岂不美哉?

我国南方有种树,别称“鹊不踏”,它的树干、枝条乃至叶柄都布满皮刺,令鸟兽都退而避之。而一种叫“鸟不宿”的树,则是每片叶上都长有三四个硬刺,同样使鸟儿不敢停留。