书城童书我的第一本植物科学探索发现
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第10章 植物学重大发明、发现(4)

种子植物五大名科的冠军是菊科,共13族1300余属,近22万种。菊科植物中,向日葵族最大,有221属;最小的一族是万寿菊族,仅有11属。菊科几乎都是草本植物,包括大量的药用、观赏和经济植物。药用的菊科植物包括佩兰、艾纳香、火绒草、天名精、野菊、菊花、青蒿、款冬、千里光、白术、苍术、牛蒡、雪莲花、红花、蒲公英等;菊科中的经济作物包括向日葵、洋姜、茼蒿、冰片草等;菊科中有许多著名的观赏植物,如菊花、木茼蒿、金盏花、雏菊和翠菊、万寿菊、孔雀草、百日菊等;常见的菊科杂草有刺儿菜、泥胡菜、飞机草等。

兰科是被子植物中仅次于菊科的第二大科,共700属20000多种。在兰科植物中,兰属、万带兰属、石斛属、蝶兰属、兜兰属等为重要花卉;天麻、白芨、石斛等是著名药材。此外,香果兰属中有少数种类可提取香精,有较高的经济价值。

豆科共有约690属,17600余种,为种子植物的第三大科。豆科植物广布于全世界,其用途之大,不亚于禾本科。食用类的豆科植物包括大豆、蚕豆、豌豆、绿豆、赤豆、豇豆、菜豆、藊豆、木豆、落花生等;饲料类的有紫云英、苜蓿、蚕豆、翘摇等;材用类包括合欢、黄檀、皂角、格木、红豆、槐等;染料类有马棘、槐花、木蓝、苏木等;树胶和树脂类有阿拉伯胶、木黄芪胶、柯伯胶等;纤维类豆科植物有印度麻、葛藤等;油料类有大豆、落花生等。

五大名科的第四名是禾本科植物,约有620多属,近1万种。禾本科是种子植物中最有经济价值的一科,也是人类粮食和牲畜饲料的主要来源,除了荞麦以外,几乎所有的粮食都是禾本科植物,因此,禾本科有粮食仓库的称号。另外,禾本科也包括各种俗称为“某某草”的植物,但是,不是所有的草都是禾本科植物。同样,并不是所有禾本科植物都是低矮的“草”,如竹子、甘蔗等也属于禾本科。

排在五大名科最末一位的是蔷薇科,共有100多属,3000余种。该科中的许多种如苹果、沙果、海棠、梨、桃、李、杏、梅、樱桃、枇杷、榅桲、山楂、草莓和树莓等是著名的水果;地榆、龙芽草、翻白草、郁李仁、金瑛子和木瓜等可以入药;玫瑰、野蔷薇、香水月季等的花瓣可以提取芳香油,供制高级香水及饮料。

乔木种类的蔷薇科木材多坚硬细致,有多种用途,如梨木为优质雕刻板材,桃木、樱桃木、枇杷木和石楠木等宜制作农具柄材。该科许多植物可作观赏。或具美丽可爱的枝叶和花朵,或具鲜艳多彩的果实,如各种绣线菊、绣线梅、珍珠梅、蔷薇、月季、海棠、梅花、樱花、碧桃、花楸、棣棠和白鹃梅等,在世界各地的庭园绿化中占有重要的位置。

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种子是种子植物特有的繁殖器官。一般植物的种子由种皮、胚和胚乳三部分组成,种皮起保护种子的作用,胚乳是种子集中养料的地方,胚是种子最主要的部分,它是植物体的雏形。

琥珀的形成

说到琥珀,大家可能不觉得陌生,它是一种具备不平常艺术魅力的化石,不仅在学术研究上具有重大的研究价值,而且还可以作为一种装饰品。琥珀里往往包含着奇异的昆虫,这些昆虫栩栩如生,或展翅飞翔,或沉静歇息,有的连最细微的翅膀和绒毛都丝毫未损。那么,琥珀是如何形成的呢?那些昆虫又是如何进入到琥珀中去的呢?

琥珀其实就是一种裸子植物——松柏纲植物的“结晶”。远古时,可分泌树脂的松柏纲植物的枝条被折断的时候,树胶就从伤口中流出来,并散发出阵阵清香,引来了嗅觉灵敏的昆虫。当昆虫与树胶一接触,它就被牢牢地粘住了。而树胶仍源源不断地流出来,把昆虫包裹得严严实实,昆虫与外界就完全隔绝了。因此,昆虫也就幸免于细菌的分解作用,而完整地保存下来。随着年代的推移,地壳的运动,原始森林被埋在地下,树木变成了煤炭,而一团团树胶就变成了透明的化石。所以,琥珀实际上是由古代植物的分泌物所形成,是一种遗物化石,而琥珀中的昆虫则是一种身体未变的遗体化石。看起来这类化石没有岩石类的石质感,但它也经历了形成化石的一切过程,我们称之为特殊的化石——有机化石。正因为如此,它也就和现代的天然树脂有本质的不同。

世界上最大的琥珀分布地点在波罗的海南部沿岸。一万多年前,冰河时代的严寒还没有在波罗的海地区消逝殆尽,地面植被主要是低矮的灌木林,大量的野生动物如驯鹿、狼、旅鼠、野兔等生活在这一地区。狩猎与渔业是这一时期居民的主要生产活动。他们在捕捞水生贝壳动物的时候,常常捡到各种形状的琥珀。晶莹剔透、光洁美丽的琥珀引起了他们强烈的兴趣。长期的接触使他们发现小小的琥珀有着许多奇妙的特征。比如,握在手中给人一种温暖感;对着太阳照,它又是透明的,在兽皮上摩擦后,它能够吸附灰尘和木屑;它易雕刻更易点燃,燃烧后散发出的树脂清香能让人产生某种幻觉。就当时人类生产力和智力发展水平而言,他们还无法科学地解释琥珀具有的种种奇怪现象。在他们看来,琥珀有着特殊的力量。因此,除了用琥珀做装饰品外,他们还把它用于宗教仪礼活动中。

作为人类最古老的饰物之一,在中国、希腊和埃及的许多古墓中,都曾出土过用琥珀制成的饰品。我国古人称琥珀为“遗玉”,古希腊人认为大块琥珀是太阳神女儿们的眼泪所凝成,古代欧洲和中东人十则称之为“北方之金”。琥珀自古就是皇亲贵族趋之若鹜的宝物。汉高祖刘邦时,宫中两根柱子顶端分别镶有琥珀和水晶,以代表太阳和月亮。古罗马人赋予琥珀极高的价值,一个琥珀刻成的小雕像比一名健壮的奴隶价值都高。

琥珀内部的包裹体除了有苍蝇、蚊子、蚂蚁、蜜蜂等动物之外,还有一些植物如伞形松、种子、果实、树叶等。这些丰富的包裹体不仅构成了美丽的图案,也为科学家研究当时的环境提供了极其珍贵的依据。科学家们已成功地从琥珀所含的化石中提取出一些生物的遗传密码DNA,这对生物演化的研究将产生巨大的影响。

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裸子植物是种子植物中较低级的一类,因为它们的胚珠外面没有子房壁包被,不形成果皮,种子是裸露的,所以称为裸子植物。现代裸子植物约有800种,隶属5纲,即苏铁纲、银杏纲、松柏纲、红豆杉纲和买麻藤纲。我国的裸子植物种类,约占全世界的一半,资源丰富,居世界之首。

水杉的发现

1948年3月25日,美国《旧金山纪事报》上登载了一条头号新闻:“科学上的惊人发现——1亿年前称雄世界而后消失了2000万年的东方红杉,在中国内地一个偏僻的小村仍然活着!”这里所说的“东方红杉”就是我国珍贵的孑遗树种之一——水杉。

水杉是一种落叶大乔木,高可达35米,其树干通直挺拔,枝子向侧面斜伸出去,全树犹如一座宝塔,是著名的观赏树木,被人们称为“树中修女”。过去人们以为,这种古老树种经过第四纪冰川的浩劫早已从地球上消失,所以我国发现了树龄约400余年的水杉树后,被公认为是中国乃至世界20世纪植物界的重大发现之一。

水杉的发现要从另外一种珍贵的树种——红杉说起。1769年,人们在美国加利福尼亚州发现了一种孑遗植物——“红杉”,这种树巨大无比,最高可达142米,最粗要十几个人才能把它围抱起来,因而成为闻名世界的珍奇树种。1941年,日本植物生态学家三木茂在研究从日本发掘出的“红杉”化石时,发现这种化石与真正的红杉有明显的区别。除了两者在球果的形态上有许多不同点外,最主要的区别在叶子,红杉的叶子是互生的,而这种化石上的叶子却是对生的。于是,他认为这种被一般古植物学家认为是红杉的化石,是一种新的植物,应该列为一个新属,于是他便在当年发表论文,把它定名为“变形红杉”。就在三木茂发现和定名水杉化石的同一年,中国人发现了活水杉。

1941年冬,湖北农业专科学校教员干铎在四川万县磨刀溪路旁发现了三棵从未见到过的奇异树木,其中最大的一棵高达33米,胸径2米。由于当时树叶已经落尽,他便托万县高级农业职业学校教务主任杨隆兴代采。

1943年7月,农林部中央林业实验所技工王战前往湖北西部神农架考察森林,经杨隆兴介绍和建议,在经过磨刀溪时采到水杉的枝叶、果实标本。王战认为该标本是水松,并做了相关记载。1945年夏,王战将一小枝水杉和两个果实交给中央大学森林系树木学教授郑万钧鉴定。郑万钧认为它既不是水松,也不是北美的红杉,在现存的杉松类中应该是一个新属。鉴于当时南京的有关资料不多,1946年秋,郑万钧将一份标本寄给了远在北京的我国著名植物学家胡先骕,请他查阅文献。后来经胡先骕认定,证实这种树木就是亿万年前在地球大陆生存过的水杉。1948年5月,胡先骕和郑万钧联名发表了《水杉新科及生存之水杉新种》一文,为水杉确定了学名并明确了水杉在植物进化系统中的重要位置。从此,植物分类学中就单独添进了一个水杉属、水杉种。

水杉的发现是中国现代植物学界最值得自豪的一件大事,也是中国植物学走向世界的重要标志之一。水杉正式命名后,受到我国和世界的重视。1948年5月,在南京中央博物院正式成立“中国水杉保存委员会”,同年7月,筹设“川鄂水杉保护区”。新中国建立之后,水杉的保护和发展进入了一个新的发展时代。如今,中国水杉的子孙已遍及世界上50多个国家和地区,架起了中国与世界各国人民之间的桥梁。

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水杉是著名的观赏植物,另外,它的适应力很强,生长极为迅速,在幼龄阶段,每年可长高1米以上,所以是荒山造林的良好树种。我国从辽宁到广东的广大范围内都有它的踪迹。此外,水杉的材质细密轻软,是造船、建筑、桥梁、农具和家具的良材,同时还是质地优良的造纸原料。

“植物熊猫”银杉

在动物王国中,大熊猫之珍贵自不待言,而在植物王国里有一种高大常绿树种,不但足以与大熊猫相媲美,而且毫不逊色,它就是生于我国南疆的大名鼎鼎的裸子植物——银杉。它是世界公认的珍稀植物之一,享有“植物熊猫”之美称。

银杉是松科家族的一颗明珠。早在一千万年前,银杉在地球上生长十分茂盛,分布也很广,欧亚、北美都有大量的分布。只是到了二三百万年前,在第四纪冰川降临时,由于南欧山脉大多是东西走向,袭来的冰川,整个覆盖了欧美各地。这样生活在欧美各地的银杉,由于不适应严寒的气候都遭到了毁灭,只有极少数形成为化石而留存后世。所以,在德国和西伯利亚偶然发现了银杉的化石时,国外的科学家们已经视为珍宝。殊不知,在中国,由于特殊的地理环境和间断性的高山冰川,使得一些低纬度、群山高耸、地形复杂的局部地方成了一些珍稀植物的避难所,得以让许多珍稀植物,在冰川袭来时,仍可以在没有冰块的地方生存。也正是这种原因,我国得以保存的古代珍稀裸子植物的种类很多,银杉便是这些幸存者之中的一员。

1955年,植物学家钟济新带领了一支调查队来到广西桂林附近的龙胜花坪林区进行考察时,发现了一株外形很像油杉的树木。其主干高耸、挺拔秀丽,树冠如伞盖;叶似杉树叶,但不像杉叶那样呈羽状排列,而是四散状;叶片扁条形,略弯,上面亮绿色,中脉凹下,下面有两条银色气孔带。中国科学院的陈焕镛教授和匡可任教授经过鉴定,确认这是地球上早已绝灭的、现在只保存着化石的一种松科新属植物。由于银杉的叶子非常特别,每当微风吹过,便银光闪烁,十分诱人,所以就给它取中文名字为银杉。中国发现活着的银杉这一消息传出后,立刻引起世界植物学界的轰动,认为这是20世纪50年代植物界的一件大喜事。

银杉树身笔直、雄健,枝干平展,挺拔秀丽,是世界上观赏价值极高的风景树种之一。但同许多濒危物种一样,银杉的繁殖非常困难,从传粉到受精历时13个月;饱满种子少,寿命只有30天;饱满种子的发芽率只有51%,幼苗还不一定能长成大树……而且它还有“四喜四怕”:喜凉、喜雾、喜肥、喜净,怕高温日灼、怕渍水腐根、怕大雨溅泥、怕空气干燥。千百年来,银杉已经住惯了深山老林,但为了让世界各地的人们一睹其丰姿,我国科学工作者经过许多年的努力,已经利用种子繁殖,成功地实现了银杉的人工栽培。从此,银杉获得了更大的生存机会,也可以让世界上更多的人目睹这一稀世之宝的风采。

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目前世界上只有我国有活的银杉,分散在四川金佛山、广西花坪和大瑶山、湖南界福山和八面山、贵州的道真和桐梓山区等地。近年来,在三峡库区又发现了大量的裸子植物群落,其中也生存着大量的银杉。据统计,到目前为止,我国生长着的银杉共有2000多株。

用树木造纸

读书、看报纸、写字都离不开造纸,造纸术是中国古代四大发明之一。如今,造纸业已经成为世界十大重要工业之一。任何物件的发明,都有其产生的特定背景,都是无数发明的交融递变的产物,纸的发明以及用树木造纸的发明也不例外。

我国古代最早的文字是刻在龟甲和兽骨上的,称为“甲骨文”。后来,人们又把字用刀刻,或用漆、墨等写在竹片或木片上。这种竹片、木片大约有一二尺长,每片可以刻上十来个字,多的可以刻三四十个字。古时,竹片叫“简”,木片称“牍”。早先,汉字之所以由上到下竖写,而不像其他民族的文字多数由左到右横写,也是由简牍的书写特点而决定的。古时人们写信用不了多少竹片,如要写一本书,就不然了。必须用绳子将竹片连起来才能阅读。现在我们称书的量词“册”,就是将一片一片的简、牍穿起来的象形字。我们可以想象得出,这种用竹、木片“纸”写成的书必定是笨重而不便携带的。战国时,思想家惠施外出讲学,带的书简就装了五车,“学富五车”的典故即出于此。显然,这种笨重的“纸”,严重地影响了文化的发展。

大约在春秋时期,人们开始用丝织成的“帛”来写字。用墨水写字在帛上,要比简牍方便得多,而且帛又轻又软,还可以卷起来。现在有时称一部书为一卷书,即来源于此。可惜的是,这样的“帛纸”虽然很好用,但价格昂贵。在汉代,一匹帛相当于720斤米的代价,一般人是用不起的。因此,直到汉代,“帛纸”和简牍还被人们同时应用着。

东汉时期,汉和帝的尚方令名叫蔡伦,他是一名太监,主要负责监管制造御用器物。担任这些职务,自然要考虑节省开支。价格昂贵的帛也在蔡伦的考虑之中。能不能找到一种可以替代帛的书写材料呢?不仅要与帛同样的轻便易写,而且价格还要很便宜。