连根拔起垂柳为什么不容易?这是因为植物的根在地下分布得既深又广。根紧紧抓住大地,把植物固着在大地上,同时为植物的生长发育输送水分和养分。根作为植物的一部分,默默无闻地奉献,一般人对它了解不多,其实,它也有不少奇趣呢!
旺盛的生长力
许多年以前,在英国的一个地方长着一棵大柳树。一次,由于某种原因,人们在离地3米处砍断了它。年复一年,柳树的断面上积了厚厚一层尘土。有一天,土中竟然钻出一棵小赤杨来。小赤杨吸收柳树断面上土层中的营养,慢慢长大,终于向地面伸出一条树根来。那树根经历了千辛万苦,最后到达地面,后来扎入地下,争取到了大地的营养。由此可见,根的生命力有多旺盛。
如果有可能到地底一游的话,你会惊奇发现,植物的根竟是如此发达!小麦的根最多可达70000条,总长500米以上;一株才长出8片叶子的玉米,根的数目在8000~10000条!
大多数植物的根都有自己的特征。种子在发育时,胚根最先突出种皮,径直往下生长。这种根又粗又大,入土较深,叫主根。主根上再长出较细的根来,这种根叫侧根。像大豆、棉花和苜蓿,主根和侧根的区别非常明显,它们统称直根系。而像玉米和小麦等,它们的根着上去好像一把胡须,这些根统称须根系。
生活在沙漠地区的骆驼刺,地上的茎充其量不过0.5~0.6米高,地下的根却可长到5~6米,最深可达15米。正因为如此,骆驼刺才得以在沙漠中生存。
对于植物本身来说,根部的吸收功能是不可缺少的。根是怎样吸收水分的呢?它主要通过根毛区的根毛来吸收。将根尖纵切成薄片,做成装片,放在显微镜下观察。你可以发现它是由四部分组成的:根冠、生长点、伸长区和根毛区。在根尖处吸收水分和无机盐能力最强的是根毛区。
根毛区长满了向外突起的根毛。根毛其实是一种特殊的表皮细胞。这种细胞外形像个封口的瓶子,直径约有百分之几毫米,长约0.15~1厘米。
根毛的细胞壁又薄又嫩,细胞液极浓极浓,因此与根毛周围土壤溶液的浓度产生了一个极大的浓度差,这种浓度差保证根毛能贪婪地“大口大口”地“喝”水。在水分进入根毛的时候,溶解在水里的无机盐也一起渗了进去。
科学家统计,一株玉米从出苗到结实,竟要消耗200千克水,而长成1吨小麦(种子),竟要耗去1500吨水。
无手“雕刻家”
很久以前,一位叫彼得的植物学家做了这样一个实验:他在地里挖了一个30厘米深的坑,然后将一块光滑的大理石平平地放了进去,上面用土壤盖好,尔后在土中撤下一些芸豆种子。不久,芸豆苗出土了。等到芸豆的茎蔓上长出卷须来,他将土扒开,竟然发现芸豆苗的根紧紧地贴在大理石表面,还不容易拉扯掉呢。彼得用清水反复冲洗大理石面,发现原来光滑的大理石面被根“刻”上了纵横交错的纹路!
芸豆的根为什么能成为“雕刻家”呢?原来,植物的根在呼吸时吐出二氧化碳,这些二氧化碳溶解在土壤溶液中成为碳酸,然后再以离子交换的形式把大理石(主要成分为碳酸钙)分解成氧化钙和二氧化碳,氧化钙溶于水,随水被根毛细胞吸收。天长日久,大理石板表面就这样被“雕”出花纹来。除此以外,植物的根还能分泌柠檬酸、苹果酸和葡萄酸等,这些酸类对于大理石都有腐蚀作用。
不过,植物的根吸收的不光是钙,还有别的许许多多的无机盐。把植物晒干烧成灰烬,能得到少量的灰分。用化学方法分析这些灰分,可以得知,植物体内除含钙外,还有磷、钾、镁、硫、铁等多种元素。
目前已知植物生长所必需的元素共有16种,其中13种主要来自土壤,也就是主要通过根部吸收的。
根不一定都向下生长
19世纪,有人把一棵植物栽种在一个花盆中,等它生长一段时间,再把盆绑在小车的轮子上,让轮子绕着轮轴沿着水平方向不停地转动。后来发现,盆中幼苗的根竟朝着轮子转动时的离心力方向生长。这是什么原因呢?
原来,植物的根之所以向下生长,是因为地心引力的作用。生物学家达尔文很早就发现,在根尖末端的1~2毫米处正是这种感应力的集中之处。然而,不久之前,几位植物学家到南美洲的委内瑞拉考察,却在那里的丛林中发现了20多种根部朝天生长的植物。这是怎么一回事呢?
原来,当地的土壤所含的无机盐极少,植物被迫将根靠向周围的树干,从那些树干的树洞里摄取含矿物质的潴留雨水。科学家为了证明自己的论断,故意将含有大量无机盐的溶液反复浇向树干,根部朝上生长现象果然加剧了。
根部向上生长的植物,其实还真不少。它们的根部由于种种原因,能克服地心引力伸向空中。比如,生长在我国广东、福建沿海一带的海桑,它们的根就能克服地心引力向上生长。海桑又叫剪包树,属海桑科,高可达5米。它生活在缺氧的淤泥中,经常受到海水的侵袭,因呼吸困难而长出了专供呼吸的呼吸根。这种呼吸根的顶端有皮孔,内部是疏松的海绵状结构。为了吸取到新鲜氧气,海桑的呼吸根拼命挣出淤泥,就像冒出地面的春笋一样。
变态根
有人在西藏某地曾挖到一个罕见的大萝卜,竟有20余千克!萝卜为什么会长这么大?原来,萝卜的膨大部分是植物的贮藏根,它是由主根发育而来的。萝卜长得大,一方面说明生长条件有利,另一方面说明萝卜根的薄壁细胞内贮藏着大量养料,能够供给越冬后植物在来年春天生长的需要。
然而,贮藏根不一定由主根形成。例如,甘薯的块状贮藏根就是由不定根或侧根形成的,它肥大,肉质化,贮藏着大量的淀粉。
植物学家把贮藏根——这种形态、结构和功能都发生很大变化的根,叫做变态根。植物的变态根除了贮藏根外,还有支柱根、板状根、气生根、寄生根和附着根等。
人们发现,从玉米的茎上长出许许多多不定根来,这种不定根起了支撑茎干的作用,因而被称作支柱根。
在我国南方的热带雨林中,很多高大的植物都长有结实的板状根,这种板状根可以有效地防止大树的倾倒。至于气生根,除了榕树以外,吊兰和葡萄蔓上也可以见到。
说到寄生根,那主要指的是菟丝子。丝子自己的叶片早就退化,它的根并不起吸收水分和无机盐的作用,而是吸附在其他植物体上,吸收现成的养料。菟丝子的缠绕能力特别强,当它盘旋到别的植物身上以后,茎上就长出一个个突起的小“疖”,这小“疖”能破坏被绕植物的茎于和叶,从而拼命吮吸寄主植物的营养和水分。这个“疖”就是我们称之为寄生根的东西。
长有附着根的植物多是热带丛林中的菊科植物。它们长出又扁又平的根,仅仅是为了附在大树的树皮上,“吮吸”树洞里或树干上淌下的雨水。这些根本身含有叶绿素,能进行光合作用,自己制造养料。
最为奇特的根本算是大王花状瓜子金和葫芦科植物的根了。前者生活在热带地区的森林中,它的身上长满鼓鼓囊囊的花瓶状的叶,“花瓶”的上方开有口子,雨季一来便灌满了水。有趣的是,大王花状瓜子金的瓶状叶的叶柄会生出许多不定根,这些不定根会伸进“花瓶”吮吸水分。即使是久旱不雨,只要“花瓶”里有水,就不用担心会渴死。生活在墨西哥荒漠地区的耐旱的葫芦科植物,它们的根一部分露出地面,像一个个扁扁的水壶贮满了水。这种植物极为耐旱,即使滴水不进,它们也能活上好几年,只是“壶”中的水少一些而已。
秋树红叶之谜
人们平时总是说“绿叶红花”,仿佛叶子总是绿色的。确实,在大自然中,树叶和其他植物的叶子在绝大数时间里几乎都是绿色的。可也有些树叶,在秋天时它的树叶颜色会起变化。有名的北京一景——香山红叶,那漫山遍野的红叶,真使游人们陶醉而流连忘返。江南一带的枫树,到了秋天,也是一派“红枫如火”的景象。唐代大诗人杜牧的名句“霜叶红于二月花”便是对秋天红叶的赞美。
那么,叶子的红色是怎么染上去的呢?原来叶子的颜色是由它所含的色素来决定的。一般的叶子含有大量的绿色色素,我们叫它叶绿素。另外还有黄色或橙色的胡萝卜色素,也还有青红色的花青素等等。
叶子的叶绿素和胡萝卜素是进行光合作用的色素。它们在阳光作用下,吸收二氧化碳和水,吐出氧气,产生淀粉,所以叶绿素是十分活跃的家伙,但它也很容易被破坏。夏天的叶子能保持绿色,是因为不断地有新的叶绿素来代替那些褪色的老叶绿素。到了秋天,天气逐渐转冷,大多数叶绿素的产生就会受到影响。叶绿素遭破坏的速度超过了它生成的速度,于是树叶的绿色逐渐褪掉,变成了黄色。那黄色就是因为胡萝卜素还留在叶子里。
有些树种的树叶会产生大量的红色花青素,叶子就开始变红了。叶子产生花青素的能力和它周围环境的变化有很大关系。如冷空气一来,气温突然下降,植物中的花青素就容易形成。因此秋天有些树上的树叶就会变红。
秋天的红叶便景色增添了色彩,变得更加美丽迷人。可是至今为止,人们对于花青素究竟是什么样的物质,它在植物叶子中起什么作用还不清楚,这将有待于科学家的进一步研究。
“发热植物”的奥秘
在“植物王国”里,有一种能“发热”的植物,它所发出的热量足以使周围的冰雪融化。什么样的一种植物,能有这般的奇异功能呢?它为什么要“发热”呢?这真是令人迷惑不解。
这是一种叫做“斑叶阿若母”的百合科草本植物。这种植物在环境气温为4℃时,花的体温可达40℃左右。这种“发热”植物的“花温”为什么如此之高?科学家发现,这种植物在开花之前,已在花的组织里贮存了大量的脂肪。开花时,脂肪进入组织细胞内,发生强烈的氧化作用从而释放出大量的热能,所以造成了“花温”较高的结果。
科学家在研究中还发现,有一种叫“臭菘”的植物,它的成熟期是在冬末春初,这时它的温度一般比环境温度高出20-25℃,从而能够融化覆盖在植物上面厚厚的雪层,于是,花便可以轻而易举地钻出雪层,避免了被冻伤的危险。这是植物“发热”的第一功能。
另一种“发热”植物叫“佛焰”,它的雌蕊和雄蕊都隐藏在苞的深处。为了能在花开之后请到媒人,它把“花温”急剧升高,散发臭味,如同发热的腐烂的动物尸体或发酵的粪堆发出的气味,于是一种对热敏感、喜欢吃腐烂物的蝇就急急忙忙赶来,为它们做媒,完成了传授花粉的“伟业”。这是植物“发热”的第二功能。
此外,佛焰“发热”,可以使四周的风转变成围绕着佛焰花序旋转的涡流,而且这种涡流不受外界风向的影响,并能把四周各个方向吹来的风转向佛焰苞的开口处。这样,不仅能使热量均匀地分布在整个佛焰苞内,使整个花朵能融化厚雪的覆盖,而且,更令人惊奇的是,佛焰花序周围的涡流能把花序顶端成熟的花粉吹到花序下部未经授粉的花朵内,从而达到没有蝇为媒,利用热气流为媒也能“成亲”的目的。植物的安排真可谓绝妙!
不怕扯皮的树
俗话说:“人怕打脸,树怕扒皮。”虽然在世界上不怕打脸的人不曾听说有过,但不怕扒皮的树倒确确实实存在。
树皮可是个大家族,有多少种树就有多少样的树皮。树皮有的光滑,有的粗糙;有的薄,有的厚;有红色,也有白色……真可谓形形色色,千奇百怪。树皮有长在树外面的那层表皮,有长在外表皮和木质中间的韧皮。外表应像忠诚的卫士,终日顶风冒雨,遮挡烈日霜雪,护卫着树的全身,保证树体内韧皮部上下运输线的畅通无阻。如果树皮遭到破坏,就会使运输线受阻,造成根部得不到营养而“饿死”,树上的树叶得不到水分而无法进行光合作用,也就慢慢枯萎。可见,树怕扒皮的说法是有道理的。
然而,树中也有在扒皮之后,仍能死里逃生的“硬汉子”。栓皮栎树就是一个例子。栓皮栎树在一生中(寿命为100~150年),虽要经过几次扒皮,却不会“伤筋动骨”,而且仍然生命不息,健壮地成长。这其中的奥秘在于栓皮栎树的皮下长有一层栓皮的“形成层”,它可以向内分生出少量活细胞,称为“栓内层”,向外侧分生出大量的栓皮细胞,称为“软木”。随着树木的生长,栓皮也逐年加厚,5~6年就可以扒1次皮(“处女皮”要等20岁以后才能剥去)。但在扒皮时要注意留下有生命的栓皮“形成层”,只要它不受伤害,就仍然可以照常输送水分和营养,栓皮栎树也就能死里逃生。
栓皮栎树皮——软木,看上去很像鳄鱼皮,它的用处可大了。用于生活上可作桶盖、瓶塞等。用于工业、交通、国防建设方面:它是物品冷藏中最佳的隔热材料;它又是物理、化学试验中良好的保温材料;还是汽车汽缸中优良的密封材料。在人们追求“自然美”成为高雅时尚的今天,软木又在建筑装饰上获得了一席之地。
科学家对树木“形成层”的研究,正在应用于对杜仲、黄柏、厚朴等制作中药材的树木的取皮上,从而告别了过去那种“杀鸡取蛋”、“砍树取药”的笨办法。如果这方面的研究能应用于更多的树种,人们的生活中将会有更加丰富的树皮制品。
无花果之谜
盛夏,神奇的无花果,在满株浓绿而肥大的掌状叶里,托出累累绿色果实,显得纯厚、文雅。