书城童书我的第一本植物科学探索发现
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第15章 植物学重大发明、发现(9)

正是依靠这种特殊的本领,地衣广泛分布于全球各地,从南北两极到赤道,从高山到平原,从森林到沙漠,甚至搪瓷、铁器、纺织品上都有它的足迹。许多植物不能生长的地方,它却能安家落户。另外,生长于峭壁和岩石上的地衣,能分泌地衣酸腐蚀岩石,促使岩石逐渐风化,为日后苔藓等高等植物的生长创造条件。所以,地衣被认为是自然界的开路先锋。

地衣分布得那么广泛,它的妙用也是多方面的。我国自古就把地衣中的松罗用来医治肺病,石耳用来止血或消肿。李时珍在《本草纲目》中记载了石蕊的药用价值,说它有和津润喉、解热化痰的功效。近年来从松萝、石蕊等地衣中提取抗菌素,做成的药膏用来治疗烧伤和外伤,效果比青霉素还要好,而且没有青霉素的副作用。

地衣也可以食用。地衣中的石耳一直是名贵的山珍。庐山所产的石耳更是驰名中外。南方的一些城市,把地衣中的扁枝衣和树花,经过草木灰的处理,可作凉菜拌食。不同种类的地衣在世界各国还是土产食品的原料。例如,冰岛人用地衣磨成粉加在面包、粥和牛奶中吃;法国人用地衣制造巧克力糖和粉糕;也有些国家用地衣发酵酿酒。

地衣可以用作饲料。地衣是饲养鹿和麝的良好饲料,特别是在寒带、亚寒带地区的国家和民族,在漫长的冬季,驯鹿吃不到杂草、嫩枝、嫩芽,就以地衣作为主要饲料。如东北大兴安岭的鄂温克族和北欧的一些国家和地区,把地衣像割草一样收割起来,作为饲养动物的冬季饲料。

地衣还可以用作化工原料。早在13世纪,希腊和地中海地区的人民就用地衣作为染料了,现今地衣可以作多种染料。地衣中的石蕊,用它制成的试剂,对酸碱度反应灵敏,做成的石蕊试纸,迄今仍是化学工业和实验室常用的测定纸。地衣还可提取芳香精油,作为香精的原料。在法国和南斯拉夫,很多化妆品与香水就是以地衣为原料,很受大家欢迎。

由于地衣生长缓慢,产量不多,目前各国正在走人工合成地衣中的有效化合物的道路,以使地衣更好地发挥它的妙用,为人类服务。

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地衣是真菌和藻类的结合体,也是自然界中最突出、最成功的共生现象的范例。因为两种植物长期紧密地联合在一起,无论在形态上、构造上、生理上和遗传上都形成一个单独的固定有机体,因此,分类学上把地衣当做一个独立的门看待。地衣植物全世界有500余属,25000余种。

开花的被子植物

桃子、李子、梅子、杏子这类水果,我们吃的是它的果实。果皮果肉包着核,核里面就是种子。这种用果皮包着种子的植物,就叫被子植物。因为这类植物有显著而美丽的花朵,所以又称显花植物。虽然被子植物这个名称听上去有些专业,但在人类生活的方方面面,几乎都有它们的身影和贡献。

被子植物是植物演化过程中最后出现的种类,也是植物界最高级、分布最广、形态变化最多和构造最复杂的一类种子植物。大自然只有进入被子植物时代,才有了真正的花,大地才开始真正变得绚丽多彩、生机盎然。我们平常看到的树木、花草、庄稼、蔬菜、牧草以及其他经济植物,除了松、柏类植物以外,绝大多数都属被子植物。

被子植物的花由花萼、花冠、雄蕊和雌蕊组成。花萼和花冠的主要功能是保护花并招引昆虫传送花粉。花的中间是雄蕊和雌蕊,这是花的雌雄性器官。一个雄蕊由花丝和花药组成,花药里产生花粉粒。成熟的花粉粒在内部结构上有两种形式,一种是含有一个营养细胞和一个生殖细胞,例如棉花、百合的花粉;另一种是含有一个营养细胞和两个精子,例如小麦、白菜的花粉。精子是由生殖细胞分裂形成的,生殖细胞的分裂可能在花粉粒里进行,也可能在花粉萌发后长出的花粉管中进行。

雌蕊分柱头、花柱及子房三部分,形似一个花瓶,子房内壁生有一至多个胚珠。胚珠是植物“胎儿”生长的地方,早期每个胚珠的中间有一个囊状的东西,称作胚囊,它是由胚囊母细胞经减数分裂形成的。在显微镜下可以看到成熟的胚囊里包含一个卵细胞、两个助细胞、三个反足细胞及一个含有两个极核的中央细胞。

植物开花时,成熟的花粉被风或昆虫传送到同一种植物雌蕊的柱头上,受到柱头上黏液的刺激,花粉粒开始萌发,形成花粉管。花粉管穿过花柱和子房壁直达胚珠,进入胚囊,并将花粉管内的两个精子释放到胚囊里,一个精子与卵细胞结合形成受精卵,由受精卵发育成胚;另一个精子与两个极核结合形成受精极核,由受精极核发育成胚乳。这样,受精后的胚珠就整个变成了种子。当卵细胞受精以后,整个花受到新的刺激,花的各部分发生显著变化。花柱、柱头、雄蕊、花冠等都凋谢了,多数植物的花萼也脱落了,只剩下子房。大量的有机物不断地运向子房,子房就开始发育、膨大,最后形成果实。

在被子植物中,两个精子同时分别与卵细胞和极核结合的现象,叫做双受精现象。双受精现象在低等植物里没有,动物里也没有,是被子植物所特有的。双受精的结果,不仅使“胎儿”带有父母双方的遗传特性,而且供给“胎儿”发育用的胚乳,也带有父母双方面的遗传物质。这样产生的后代,必然具有较强的生活力和适应性,从而保证了被子植物在多样化的自然环境中得以广泛地生存和繁殖。

目前,被子植物分布遍于全球,它们当中,既有生长期仅几星期的短命菊,又有寿命高达数千年的龙血树;既有高达100多米的澳大利亚杏仁桉树,也有比芝麻还小得多的无根萍。世界上被子植物物种最丰富的国家是地处热带的巴西和哥伦比亚,它们分别居第一位和第二位。中国国土主要部分不在热带,但被子植物的种数仍居世界第三位,约300余科,30000多种。

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被子植物是植物界中种类最多的植物,全世界约有被子植物400多个科,将近30万种;其次是真菌,约10万多种;藻类和苔藓植物各有2万多种;蕨类植物1万多种;细菌2千多种;裸子植物最少,只有800多种。

顽强的杂草

当今世界,饥饿人口总数已经超过10亿。专家们认为,在导致饥饿问题的众多原因之中,有一个主要原因在很大程度上没有得到足够的重视,这就是杂草。

杂草是指生长在有害于人类生存和活动场地的植物,一般是非栽培的野生植物或对人类无碍用的植物。广义的杂草定义则是指生长在对人类活动不利或有害于生产场地的一切植物。杂草主要为草本植物,也包括部分小灌木、蕨类及藻类。目前,在全球30多万种植物中,被认定为杂草的植物已经超过8000种。在我国被认定为杂草的植物有119科1200多种。

杂草危害农作物和经济作物,它们与作物争肥、争水、争光照,有些杂草还是作物病虫害的寄主和越冬的场所。据调查,杂草每年对全球粮食生产造成的危害,相当于损失了38亿吨小麦。我国因遭受杂草的危害,每年损失粮食约200亿公斤、棉花约500万担、油菜子和花生约2亿公斤。长期以来,杂草就是农业生产上的一大灾害。年年除杂草,岁岁杂草生。为什么杂草有这样强的生命力呢?

杂草一般都有惊人的繁殖力,一株稗草能结13万粒种子,狗舌草能结2万粒。更有甚者,我国东北地区水边滋生的孔雀草,能结籽185万粒,种子重量竟占全株总重的70%。杂草不仅产籽多,而且种子的寿命长,可连续在土壤中多年不失发芽能力。例如,稗子在水中可存活5~10年,狗尾草的种子可在土中休眠20年,马齿苋种子的寿命是100年,而一般农作物种子的寿命不过几年。

杂草种子具有利用风、水流或人及动物的活动广泛传播的特性。蒲公英等果实有毛,可随风云游;异型莎草、牛毛草和水稗的果实,能顺水漂荡;苍耳、鬼针草、野胡萝卜等果实上的刺或棘刺等能牢牢地附着在人或鸟兽身上,借以散布到远处去。可怕的是,杂草一旦到了新环境,一般要比在原产地生长得更旺盛。

杂草的生命力也非常顽强,有些杂草耐旱、耐寒、耐盐碱;有些杂草能耐涝、耐贫瘠。严重的干旱能使大豆、棉花等许多作物干枯致死,而狗尾草等仍能开花结子。凶猛的洪水能把水稻淹死,而稗草以及莎草科的一些杂草却能安然无恙。

在生存竞争的过程中,杂草比一般作物确实有许多有利的条件,因而杂草是很难除净的。再加上多年来,农田里的杂草通过对抗各种除草剂,已经练就了一身“百毒不侵”的本领,形成了抗性,这也给专家们研究杂草带来了新的难题。专家们指出,要想提高农作物产量,除了施用除草剂之外,还应该采用作物轮种的方式。这种技术是指在同一块土地上,有顺序的在季节间或年份间轮换种植不同的作物或采用复种组合,由于杂草往往与某些特定的农作物相伴而生,定期改变作物种类有助于减少杂草的生长。另外,土壤曝晒也是控制杂草和病虫害的有效手段之一。在炎热的夏季,将透明的塑料薄膜覆盖在湿润的土地上,能够提高土壤的温度,杀死其中的杂草。

随着科学技术的发展,农业科技工作者和生产者正在研究各种杂草的生长发育规律,探索新的农田杂草防除方法。现在,杂草及其防除日渐成为一门新的独立学科。

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杂草也有多样的个性,它们之中也有极为娇弱的群体,比如虞美人,过去在欧洲不少国家被称为是危害农田的杂草,一度被利用各种方式灭杀,随后它的数量锐减,在一些国家处于濒危的边缘,如今在比利时,杂草虞美人由过去的“被追杀”植物变成了被保护植物。

除草剂的发明

杂草一直以来都是农田作物的大敌,长期以来,人们运用各种方法防除杂草,其中,除草剂是用以消灭或控制杂草生长的一种农药,它是科学家们“歪打正着”的产物。

19世纪末期,法国葡萄的主要产地流行着一种叫做葡萄蚜的类似绿黄色蚜虫的害虫。这种害虫是附在嫁接用的葡萄枝条上从美国传去的。葡萄酒是法国的名产,由于这种害虫的出现,葡萄大幅度减产,农民叫苦连天。

1876年,波尔多大学的植物学教授米亚卢德不忍目睹当地的这一惨状,抛弃了纯科学研究,开始研究防治这种病虫害的方法。他把对这种病虫害有很强的抵抗力的美国葡萄作为砧木,然后嫁接上欧洲的良种葡萄接穗,从而成功地减轻了灾害。然而,在葡萄蚜传入的同时传进的病害却开始蔓延开来,这是由一种霉菌引起的葡萄病害。

1882年10月的一天,米亚卢德经过波尔多附近葡萄园中的甬道。只见一望无际的葡萄树由于露菌病而枯萎了,米亚卢德心里非常难过。但是他发现了奇怪的现象,靠甬道的葡萄都没有染上病,生长得很茂密。这一行葡萄为了防止过路的人偷吃而喷上了波尔多液。这种溶液是由硫酸铜和石灰混合而成的,看上去呈绿色,似乎有毒,走过的人害怕葡萄上有毒,谁也不敢摘。

米亚卢德感到不解。他突然想起是否因为波尔多液有防止露菌病和霉菌繁殖的效力呢?他回到大学后便立即着手研究。经过三年的艰苦努力,他找到了波尔多液防止露菌病的霉菌繁殖的原因。原来,在波尔多液中,硫酸铜溶解后产生了铜离子,这种铜离子能够妨碍露菌病霉菌孢子发育,因此,霉菌就不能繁殖。在后来的一段时间里,露菌病的流行暂时被控制住了,但到1885年再次开始蔓延开来。为此,米亚卢德开始了大规模的实验。他把一个大葡萄园一分为二,一半喷洒波尔多溶液,而另一半什么也不喷洒。不久,没经喷洒处理的葡萄染上了露菌病,而喷洒了波尔多液的葡萄几乎都没有染病。消息传开以后,波尔多液不仅为欧洲,而且为全世界所使用。虽然波尔多液最早是用来消除虫害的,但后来人们偶然发现波尔多液能伤害一些十字花科杂草而不伤害禾谷类作物。世界各国的科学家们据此开始了除草剂的研制。

1941年,美国人波科尼研制出了一种新型农药,准备用来防治农作物的病虫害。但波科尼在生物测定中发现,这种农药无杀虫杀菌作用。第二年,另外两位科学家通过实验发现,波科尼研制的农药在低浓度的条件下具有调节植物生长的作用。在较高的浓度下可除灭麦、稻、玉米、甘蔗等作物田中的杂草,而不损伤作物。至此,这一“歪打正着”的研究成果开创了有机除草剂发展和使用的时代。

农作物与杂草同属于高等植物,除草剂必须具备特殊的选择性,才能安全有效地在农田使用。有些除草剂对植物的杀伤力具有选择性,有些虽然不具备选择性或选择性不强,但可以利用它们的某些特点或农作物与杂草之间的某些差异,采用恰当的施药方法,就能达到安全除草的目的。

除草剂的使用,不仅大大减少了杂草引起的经济损失,提高了除草效率,节省了人工,而且减免了作物栽培中的部分机械除草作业。这就为改变栽培方式,如改稀植为密植,发展飞机播种水稻,发展免耕法、少耕法栽培等创造了条件。所以除草剂的综合经济效益远远超过了杀虫剂和杀菌剂,因而其在化学农药生产中占有重要地位。

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除草剂一般分芽前除草剂、苗后除草剂、灭生性除草剂。芽前除草剂能够使杂草幼芽、幼根体内的蛋白质合成受阻,使其慢慢凋萎。苗后除草剂能使杂草生化过程受阻而死亡,作物不受影响。灭生性除草剂没有选择性除草作用,对所有作物、杂草都有毒性。“水上恶鬼”水葫芦

1884年,美国新奥尔良市举行国际棉花博览会,客商云集,人们看到水域内漂浮着葫芦状的绿色植物,其上绽开的蓝紫色花,非常美丽,于是带回本国养殖。100多年后,这种植物遍布全球,成为暖地水域中最常见也是最声名狼藉的植物,它就是被称为“水上恶鬼”的水葫芦。

水葫芦原产于南美洲,是一种水生漂浮植物,因它浮于水面生长,又叫水浮莲,又因其在根与叶之间有一像葫芦状的大气泡所以又称水葫芦。

水葫芦具有极强的无性繁殖本领,在生长过程中,身体不断裂成许多小块,每一块“断肢”都能迅速生长发育成完整的个体,据监测了解,一株水葫芦能以每8个月繁殖6万新株的速度生长。它们在风和水流的作用下,不断扩大着自己的领地。当人们还没明白是怎么回事时,水葫芦已经成灾。1895年,这种水生植物在佛罗里达的圣约翰斯河上产生了一块浮在水面上长达40公里的厚厚的“垫子”,严重阻碍了河流的运输。这种危害很快遍及美国南部,造成了巨大的经济损失。