书城童书我的第一本植物科学探索发现
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第16章 植物学重大发明、发现(10)

尽管水葫芦在美国南部水域已经露出了狰狞面目,却没有引起世界其他地区人们的重视,19世纪末和20世纪初,又被相继引种到了亚洲和非洲。在阳光充足、温度适宜的条件下,水葫芦猛烈增殖,致使尼罗河流经苏丹和埃及的河道几乎完全堵塞,窒息了鱼类和其他水生生物,蚊蝇则大量孳生,疟疾、脑炎等疾病流行,航运严重受阻,灌溉无法进行。当地居民恨透了这种霸占水域的外来强盗,称它为“水上恶鬼”。

可是,水葫芦就真的那么讨厌招人嫌,对人类有百害而无一利吗?不是的。随着科学的发展,人们已经开始对水葫芦有了全新的了解。

据美国核处理专家的研究,水葫芦膨大呈球形的叶柄是一个绝妙的净化装置,球形叶柄的纤维网能吸附核电厂排放的放射性废水,污水流经水葫芦的“过滤器”,放射性污染物的强度大幅度削减,因此,随着核电的广泛开发和利用,水葫芦将是最忠诚的伙伴。

水葫芦不仅能净化污水,它含有比青菜、萝卜、菠菜等传统蔬菜更高的蛋白质、脂肪和纤维,是优良的粗饲料。马来西亚等地的土著居民,常以水葫芦的嫩叶和花作为蔬菜,供食用,其味清香爽口,并有润肠通便的功效和作用。

水葫芦还是一种很好的造纸原料,由于水葫芦的资源丰富,生长迅速,采收容易,价格低廉,用它造纸可以降低成本。英国于1978年提出一项国际性利用水葫芦的计划,并邀请印度、斯里兰卡、孟加拉和马来西亚等国参加,印度主动要求承担造纸的研究。据1996年5月报道,印度海得拉巴地区研究所,已用水葫芦的叶片生产出写字纸、广告纸和卡片纸。据调查,印度至少有400万公顷水面生产着水葫芦,以平均每公顷产50吨计,则为造纸工业提供了2亿吨造纸的原料,若这2亿吨原料用上一半,成品率按10%计算,则可生产1000万吨纸。

能源问题是当前世界六大危机之一,“绿色能源”的利用是解决能源危机的主攻方向,水葫芦宽大的绿叶,活像一个硕大的太阳灶。据测定,一公顷水面的水葫芦,每天能生产18吨干物质,通过微生物的厌氧发酵,能产生660立方米的沼气,相当于250公斤的原油。

水葫芦阻塞航道,破坏灌溉,引起水灾,迫使人们背井离乡的时代已一去不复返了,一个开发、利用和研究这种南美野生水草——水葫芦的崭新时代已经来到了。

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1901年,水葫芦作为花卉引入我国,20世纪50~60年代作为猪饲料在长江流域及其以南普遍推广。近年来,告别了粮食短缺的农民不再打捞水葫芦,同时工业化使江河湖泊水质恶化,富营养化程度提高,水葫芦因此迅速蔓延,泛滥成灾。所以,把水葫芦变废为宝也是我国科学家面临的课题之一。

寄生植物菟丝子

在植物大家族中,大多数成员都是“安分守己”的生活着,可也有一些“不务正业”的分子,它们不自力更生,而是专门寄生或半寄生在其他植物上生活,这种植物便是寄生植物。在寄生植物中,有许多是恶性杂草,菟丝子就是其中最典型的代表之一。

菟丝子是一种攀缘性草本植物,它喜欢寄生在荨麻、大豆、棉花一类的农作物上。春天,菟丝子种子萌发钻出地面,形成一棵像“小白蛇”的幼苗。一旦碰上荨麻等寄主的茎后,马上将寄主紧紧缠住,然后顺着寄主茎干向上爬,并从茎中长出一个个小吸盘,伸入到寄主茎内,吮吸里面的养分。这样,它就和寄主长到一块了。不久,其根退化消失,叶子则退化成一些半透明的小鳞片,而主茎却生长迅速,一个劲儿地抽生出许多“小白蛇”似的新茎,密密缠住寄主。寄主渐渐凋萎夭折,成为菟丝子的牺牲品。而菟丝子却长出一串串花蕾,陆续开放出粉红色的小花,结出大量种子,撒落在地下。一株菟丝子,可以结出3万颗种子。翌年春天,它又会繁殖出新一代,继续作恶,危害其他植物。

菟丝子的危害性不仅仅是它吸取植物养分,养肥自己,拖死别人,而且还传播传染病,把病害传染到植物上去。在绿色王国里,也有由于病毒引起的各种传染病。菟丝子吸吮有病植物的汁液,吸进病毒,而它自身却不受感染,然后又去攀附其他健康植物,病毒就会因此从健康植物的伤口侵入。菟丝子这种卑劣行为,使它成了遭人唾骂的“吸血鬼”。

对于农作物,菟丝子危害极大,但对于有些病患来说,它却是一味良药。关于菟丝子的名称和药用还有一段传说。

从前,江南有个养兔成癖的财主,雇了一名长工为他养兔子,并规定,如果死一只兔子,要扣掉他四分之一的工钱。一天,长工不慎将一只兔子的脊骨打伤。他怕财主知道,便偷偷地把伤兔藏进了豆地。事后,他却意外地发现伤兔并没有死,并且伤也好了。为探个究竟,长工又故意将一只兔子打伤放入豆地,并细心观察,他看见伤兔经常啃一种缠在豆秸上的野生黄丝藤。长工大悟,原来是黄丝藤治好了兔子的伤。于是,他便用这种黄丝藤煎汤给有腰伤的爹喝,爹的腰伤也好了。又通过几个病人的试用,断定黄丝藤可冶腰伤病。不久,这位长工辞去了养兔的活计,当上了专治腰伤的医生。后来,他干脆把这药就叫“兔丝子”。由于它是草药,后人又在兔字上面冠以草字头,便叫成“菟丝子”。

现在,菟丝子在中药界可是大大有名,它不仅可治各种疮痛、肿毒,又能滋养身体、治黄疸,效用真是不胜枚举。

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寄生植物多种多样,它们有的像菟丝子一样寄生在其他植物的茎上,另外有少数是寄生在植物的根上,例如锁阳、肉苁蓉等。也有一些自己无法进行光合作用,只能寄生在其他的生物或者是死了的动植物体上,以吸取其中的养分来生活,例如菌类,这种寄生被称为腐物寄生。爱“吃”肉的猪笼草

动物取食植物,在人们看来已是正常的或不足为奇之事。要说植物能捕食动物,则会使不少人惊讶。那么,世界上真有能捕食人或动物的植物吗?答案是肯定的,能捕食动物的植物确实存在。猪笼草便是著名的“肉食植物”之一。

猪笼草是一种长绿半木质藤本小灌木,高约三米,叶子长得十分奇特,基部扁平是绿颜色,能进行光合作用,中部像细藤,能卷在其他植物体上,顶部则挂着一个个长长的小瓶子,上面还有个小盖子,瓶长约15厘米,下部稍膨大,呈鲜绿色或红色,并有明显的网状叶脉。因为外形很像南方人运猪用的笼子,所以人们给它取了个名字叫“猪笼草”。

猪笼草像个带盖的小瓶子。瓶盖下面布满蜜腺,瓶口有点倾斜,边缘密生细锯齿,也分布着蜜腺,能分泌出又香又甜的蜜汁。壁内侧有蜡质,极为光滑,下部内壁上,有许多突出的灰褐色的消化腺,能分泌许多消化液。在风和日暖的大晴天,贪吃的虫子都来采蜜,也许就在它们吃的畅快的时候,一失足就从瓶口滑了下去,一头栽到瓶底,被黏液粘住了,不管它们是多么能飞善舞,此时只得沉溺于植物的消化液中。而且昆虫一进入瓶内,瓶口的盖头马上就关起来,再有多大本领也不可能爬出去。于是猪笼草就把它们消化吸收掉,饱饱地大吃一顿。如果我们把猪笼草的“小瓶子”摘下来仔细看,就可以发现里面埋藏了许多小动物,有的还在挣扎、有的刚刚死去、有的早已被消化了。猪笼草就是靠消化这些动物的汁液来生活的。

世界上的猪笼草约有70种,它们“家族”中的大多数成员都分布在马来西亚、印度东部、印度洋群岛、马达加斯加、斯里兰卡、印度尼西亚、澳大利亚以及我国的广东南部、海南岛、西双版纳等地。

由于各地生长的猪笼草种类不同,所以它们的长相也不一样。在亚洲南部的沼泽地里有一种奇特的猪笼草,它的捕虫袋是半透明的,酷似一个个大烛台矗立着;在马来群岛有一种猪笼草,它的叶片尖端形成细长的“蔓”,“蔓”的末端膨大形成捕虫袋,袋的内壁上生有腺体,能够分泌出芳香气味很浓的透明液体来引诱昆虫入袋。更为奇特是,有一种生长在2500米高处的猪笼草,它的捕虫袋竟长达30多厘米,可以盛放2~3公斤水,袋壁上还生有倒刺。它的胃口更大,不仅能捕捉昆虫,甚至还能捕食小鸟和小鼠等小动物。据说,1859年英国植物学家胡克曾描写过几种猪笼草,其中就有这种“大袋”猪笼草,并在它的捕虫袋中发现了小鸟的残骸。后来,由此竟引起了所谓“有些植物能吃人”的传说。

猪笼草不但是很好的观赏植物,而且还有药用价值,具有清热利尿、消炎止咳的功效。现在许多国家的植物园都人工栽培猪笼草,我国华南地区的植物园和北京植物园也有栽培。

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目前,全世界已知的食虫植物约有500多种。大致可分为两大类:一类是高等食虫植物,一类是低等食虫植物。常见的高等食虫植物有猪笼草科、瓶子草科、茅膏菜科、狸藻科等;低等食虫植物有食虫真菌。

捕蝇草的“秘密武器”

大家知道,世界上有食虫植物,例如猪笼草、捕蝇草、狸藻、瓶子草等。实际上,这些食虫植物其捕食昆虫的方式是不一样的。例如,猪笼草是设陷阱捕虫,是一种消极等待的被动方法;而捕蝇草则是采用积极主动的方法捕虫,因此最为惹人注意,也显得更加有趣。

捕蝇草是一种多年生宿根植物,茎很短,叶轮生。它叶子的构造很奇特,在靠近茎的部分有羽状叶脉,呈绿色,可进行光合作用,但到了叶端就长成肉质的,并以中肋为界分为左右两半,其形状呈月牙形,可像贝壳一样随意开合,这就是捕蝇草的“秘密武器”——捕虫夹。

捕蝇草的“捕虫夹”外缘排列着刺状的毛,乍看之下很锐利,会刺人,但其实这些毛很软。这些毛的功能是用来防止被捕的昆虫逃脱。当捕虫夹夹到昆虫时,这些夹子两端的毛正好交错,而成为一个牢笼,使昆虫无法逃走。捕虫夹内侧呈现红色,上面覆满了微小的红点,这些红点就是捕蝇草的消化腺体。在捕虫夹内侧可见到三对细毛,这细毛便是捕蝇草的感觉毛,用来侦测昆虫是否走到适合捕捉的位置。

捕虫夹的闭合是一个精确的控制过程,此过程最初是在昆虫碰到位于夹子上的感觉毛时开始的。引起闭合的条件为一个捕虫器中,任意一根感觉毛被触碰到两次,或是分别触碰到两根感觉毛。触碰感觉毛的时间间隔对于闭合有决定性的影响:假如两次的触碰间隔在20到30秒内则能闭合,超过这段时间则需要有第三次成功的刺激才会闭合。捕虫器需要两次的刺激,为的是确认昆虫已经走到适当的位置。当捕虫器受到第一次的刺激时,此时昆虫只是稍微走入捕虫器;若捕虫器现在就闭起来,只不过夹住昆虫的一部分,那么昆虫能够逃脱的机会便很大。当捕虫器受到第二次的刺激时,此时昆虫差不多走到了捕虫器的里面,这时闭起的捕虫器便能将昆虫确实地抓住,关在捕虫器之中。

捕虫的信号并非直接由感觉毛所提供。在感觉毛的基部有一个膨大的部分,里面含有一群感觉细胞。感觉毛的作用有如杠杆,昆虫推动了感觉毛,使得感觉毛压迫感觉细胞,感觉细胞便会发出一股微弱的电流,去通告捕虫器上所有的细胞。由于电流会四散向整个捕虫夹,所以引发闭合并不需要触碰同一根感觉毛,只要在同一捕虫夹中任两根感觉毛发出电流,便能引发闭合运动。当然,感觉毛所发出的电流仅影响其所在的捕虫夹,不会干扰到同一植株上其他捕虫夹的运作。

在受到刺激之前,捕虫夹呈60度角张开着,当受到昆虫刺激时,捕虫夹以其叶脉为轴而闭合。捕虫夹的闭合与捕虫夹上的细胞膨胀有关。当捕虫夹上的细胞得到感觉细胞所发出的电流,其外侧的细胞便快速膨胀,使得捕虫器向内弯,因而闭合。

闭合的过程分为两个阶段。第一阶段,夹子快速关闭,以便捕到昆虫,此时捕虫夹只是夹住昆虫而已;第二阶段,捕虫夹向内收缩,以便使捕虫夹的内侧能够尽量贴近昆虫,这时,捕虫器已经完全紧闭,不留一点缝隙。之后,夹子关闭数天到十数天,此时昆虫被分布于捕虫器上的腺体所分泌的消化液消化。昆虫被消化完后,捕虫器会再度打开,等待下一个猎物;剩下无法被消化掉的昆虫外壳,便被风雨所带走。

闭合过程的第二阶段须要昆虫的挣扎才能进行,因为这样才代表捕虫器所捉到的确实是昆虫,是活的猎物。捕蝇草有时会误捉到枯枝、落叶,如果少了这项确认机制,必然会将养分浪费在消化无法消化掉的杂物上。若捕虫器误捉到杂物,只要没有持续的刺激,在数小时之后便会重新打开捕虫器,等待下一个猎物。

捕蝇草的胃口很大,不仅能捕食像苍蝇等一类昆虫,有时甚至还能捕食青蛙等一些小动物。捕蝇草原产在北美洲的森林沼泽地带,现在已被世界各地植物园和植物爱好者广泛栽培,以供观赏。

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捕蝇草的吃虫特性是由它们的生长环境决定的。它们大多数都生长在经常遭受雨水冲洗的地方。在这些地方的土壤中,缺少矿物质等养料,捕蝇草为了获得营养,满足生存的需要,在经历了漫长的演化之后,叶子发生了奇特的变化,才成为一类能“吃”动物的植物,直接从动物身上获取营养。

“中药之王”人参

药用植物是祖国医药学伟大宝库中的重要组成部分。我国的药用植物极为丰富,已经发现并用于治病的约有4000多种,有“世界药用植物宝库”之称。其中,人参被人们称为“神草”,被拥戴为“中药之王”。

人参是五加科多年生草本植物,根系发达,主根长得像个小棒槌,从主根长出了许多侧根。它的茎短粗。完全埋在地下。每年春天,从地下茎生长出来一枚新叶。人参的叶是复叶,每枚复叶由5片小叶组成。人参的叶每年的数目不同。一年生的人参只有一枚三片小叶的复叶,采参人称之为“三花”;两年生的是一枚五片小叶的复叶,采参人称之为“巴掌”;三年生的是两枚5个小叶的复叶,采参人称之为“二甲子”,三年才开始开花结实。四年参有三枚复叶,叫“灯台子”,五年参有五枚复叶叫“五品叶”,有时也有六枚复叶叫“六品叶”。生长六年以后叶数就不再增加了,就是上百年的参每年也只有五或六枚复叶。因此,生长期超过六年的人参就不能用叶的数目来确定年龄了。但是可以用主根茎上的鳞片数目来估计年龄。鳞片越多,人参的年龄越大。史书记载,人参寿命为400年左右,但在采收中,参龄达200岁的就很罕见了。

在人参的各器官中,根和茎的样子很怪:主根肥大,像人的躯干。从主根上端的两边常常一边长出一条侧根,好似人的两条胳膊。主根下端有时分成两叉,好似人的两条腿。主根上端的茎好似一个人头。人参在中药中叫“芦头”,芦头上有许多脱落的叶基残痕,叫做鳞片。这些斑斑点点的鳞片,有时长得像人的眼睛、眉毛等,人参的名字就是这样来的。