书城童书我的第一本植物科学探索发现
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第8章 植物学重大发明、发现(2)

矿化化石,是植物体或它的某一部分被岩石包埋的同时。它的细胞内含物被各种矿物质所取代而形成的化石。如果它的细胞内含物被钙质所取代叫钙化化石。被硅质所取代的叫硅化化石,硅化木就是化石木材细胞的内含物被硅质所取代的结果。木化石是古代植物的茎干变成了各种矿化化石的总称,在工艺宝石中称它为木变石,用它可以制作各种各样珍美的工艺品和装饰品。研究过去的古气候、古地理和古生态环境的演变需要用化石植物的研究成果,研究植物的来龙去脉更是非有化石不可,所以化石植物逐渐被更多人所重视。

根据我们肉眼对化石植物能够看得见的程度又分为大化石和小化石。顾名思义,大化石是用我们的眼睛能够直接看得清楚的,如化石叶子、果实、种子、茎干、花和多细胞藻类等化石。对一些细菌、单细胞藻类、孢子、花粉之类,由于它们个体很小,必须要用各种显微镜放大到不同倍数才能见得到的叫做小化石,因为它个体微小,也有人叫微化石。由于孢子和花粉的外面有一层能忍受高温高压、不怕酸、碱腐蚀,也不容易被细菌分解腐烂的孢粉壁,因此,在一些找不到大化石植物的地质岩层中,它可以大显身手。

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过去在地球上曾经生活过,现在已经完全灭绝的植物总数要比现在活着的植物总数至少要多千百倍。有些门类的植物,大部分或绝大部分已经灭绝,变成了化石植物,在化石植物中留下一种或几种还活着,我们称它为活化石。在活化石中有一部分成了受人们瞩目的珍稀的濒危植物。植物叶片的功劳

在植物界,绝大多数花草树木都有叶子。人们常把形形色色、千姿百态的植物叶片,形象地比喻为“绿色工厂”,这一座座“工厂”就开设在地球广阔的平原、山野、田间和湖海之中,它们每天在绚丽的阳光下,不断地把空气中的二氧化碳和土壤中的水分吸进来,经过加工,制造出碳水化合物等有机物质,并同时释放出大量氧气,这个生产过程就叫做“光合作用”。

据科学家估计,每年地球上的这些“工厂”竟要耗用5500亿吨二氧化碳,2250亿吨水作为光合作用的原料,制造出4000多亿吨有机物质和释放出1000多亿吨氧气。全世界约50亿人口和无数的动物,都要依赖这些“绿色工厂”提供食物和氧气。

现在就让我们在显微镜下,仔细参观一下这座奇妙的“工厂”吧。在叶片的上下表面有一层排列紧密的表皮细胞,构成了这座“工厂”的“围墙”。有的叶子表面还长满了各种表皮毛,这对减少叶子体内水分的蒸发和抵御病虫侵犯是一种良好的防护设备。在表皮细胞间镶嵌的气孔,则是叶子与外界环境进行气体交换的门户。“绿色工厂”的主体,就是围在表皮以内的叶肉细胞,其中紧接上表皮的栅栏组织细胞呈长柱状,排列十分整齐;海绵组织细胞排列疏松多隙,并靠近下表皮。每个叶肉细胞中含有大量叶绿体,不过栅栏组织细胞所含叶绿体的数量比海绵组织细胞的多达4倍。如果我们把每个叶肉细胞比作一个“光合车间”,那么,每个车间里的叶绿体就是制造有机产物最精密和高效率的“机器”了。在叶片这座“绿色工厂”中,原料与产品的运输任务是由其中的维管组织系统——叶脉来完成的。据统计,在每平方厘米的甜菜叶片上,叶脉的总长度就有70厘米。由此可见,每片叶子都有一个庞大的叶脉系统,它们由运输水分和无机盐的水质部导管,及输送光合产物的韧皮部筛管所构成,在整个植物体中,这些运输管道连成一体,四通八达。

在这座绿色的厂房里,你既听不到隆隆的机器声,也看不到繁忙劳动的工人。然而它却有条不紊地在进行着一系列的生产过程。首先,从气孔吸进大量二氧化碳,以及由根系从土壤中吸入水分,经过维管组织的运输,把这些原料源源不断地送到了“光合车间”,在叶绿体中进行深加工。“机器”工作时所需的能源和动力,就是来自取之不尽、用之不竭的太阳光。由叶绿体生产的产品,一是碳水化合物,通过专门运输管道——筛管送到根、茎、果实与种子中储藏起来,以供利用;二是氧气,经过气孔排放到大气中去。

植物叶片的寿命有长有短。有的有几年的寿命,有的才一年或是几个月,甚至更短。叶片的寿命长短除了与植物的本身特性有关外,与生长的环境也密切相关。但无论其自身的生长环境如何,也不管寿命的长短,它都义无反顾地、默默地生产着养分。

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植物的叶子大都是扁平的,这样,叶片与外界接触面积最大,从而接受阳光照射的面积也大,这对叶片充分捕捉太阳能量进行光合作用十分有利。但有些植物由于适应特殊的生活环境和生活方式,植株上的叶子发生了变态。例如松树叶子就像一根细长的针,这样可以减少水分蒸发,抵御干旱。

神奇的探矿植物

矿藏是地球赠与人类的宝贵财富,但一般的矿产都埋藏在地下,人们不容易发现。然而有许多植物能够成为地质勘探队员的好向导,帮助人们找到矿藏。这些植物,人们叫它们探矿植物。

在美洲有一个神秘的山谷,那里土壤肥沃、风和日丽,但到那里居住的人,都很难逃脱死亡的命运,因此当地的印第安人称它为“有去无回谷”。后来,欧洲移民来到那里,耕耘播种,种出了庄稼,获得了丰收。可是好景不长,一种莫名其妙的怪病使他们惊恐不安。患了这种病的人,眼睛慢慢失明,毛发逐渐脱落,最后体衰力竭而死。这个山谷又荒芜了。这是怎么回事呢?直到第二次世界大战结束后,地质人员到那里探矿,才揭开了其中之谜。原来,那里地层和土壤中含有大量的硒,同时又缺少硫,植物为了能正常生长,就拼命地从土壤中吸收性质与硫相近的硒,以补充硫的不足。硒有毒,植物中富集了大量的硒,人们吃了之后就会患上怪病而死亡。地质学家弄清了“有去无回谷”的真相后,受到了很大的启发,并发现植物可以帮助人们找矿。

1934年,当时的捷克斯洛伐克有两位科学家研究某地种植的玉米的化学成分时,发现把玉米烧成灰后,每吨灰中含有10克黄金,后来他们在长那种玉米的地方找到了金矿。

铀是核工业必不可少的原料。为了制造核武器、建造核电站,许多国家都要绞尽脑汁购买或寻找这种放射性元素。在寻找铀矿的过程中,植物也能帮上忙。若是把树枝烧成灰烬进行分析,铀的含量超过正常标准,这就意味着在那种植物生长的地方有找到铀矿的希望。20世纪50年代,美国科学家据此在科罗拉多高原找到了铀矿。

在我国和朝鲜的边界地区,生长着一种铁桦树。它木质坚硬,甚至连铁钉都很难钉进去,这是由于它吸进了大量硅元素的缘故。因此,在铁桦树生长茂盛的地方,就有可能找到硅矿。经过多年的经验积累,地质学家们发现,不同的植物指示不同的矿藏。在大量生长七瓣莲的地方,可能找到锡矿;在密集生长长针茅或锦葵的地方,可能找到镍矿;在茂盛生长喇叭花的地方,可能找到铀矿;在开满铃形花的地方,可能找到磷灰矿;在忍冬丛生的地方,可能找到银矿;在问荆、风眼兰生长旺盛的地方,地下往往藏有金矿;在羽扇豆生长的地方可能找到锰矿;在红三叶草生长的地方,可能找到稀有金属钽矿……

根据植物花的颜色变化人们也可以找到相应的矿藏。在我国的长江沿岸生长着一种叫海州香薷的多年生草本植物,茎方形,多分枝,花呈蓝色或蔚蓝色。科学家研究证明,它的花的颜色是铜给“染”上去的。海州香薷很喜欢吸收铜元素,当吸收到体内的铜离子形成铜的化合物时,便将花“染”成蓝色。所以凡是这种草丛生的地方,就有可能找到铜矿。1952年我国地质工作者,从香薷大量生长的地方发现了大铜矿,因此香薷又有了“铜草”的美名。

赞比亚则有种“铜花”,凡“铜花”生长的地方,就可能有优质铜。据说,有家铜矿公司的地质学家,在赞比亚西北省的卡伦瓜看见“铜花”后,发现了一座富铜矿。与赞比亚同为世界产铜大国的智利,也曾根据植物进行追踪,发现了有开采价值的铜矿。

现在已经知道,除了铜可以使植物的花朵呈现蓝色之外,锰可以使植物的花朵呈现红色;铀可使紫云英的花朵变为浅红色;锌可以使三色堇的花朵蓝黄白三色变得更加鲜艳……

利用植物找矿,不单要寻找某些“孤独”的特有品种,还要特别注意那些改变了自己本来面貌的畸形草木,它们往往是人们找矿的好“向导”。有一种叫猪毛草的植物,当它生长在富含硼矿的土壤中时,枝叶会变得扭曲而膨大;青蒿生长在一般土壤中时,植株高大,而生长在富含硼的土壤中时,就会变成“小矮老头”。根据它们的这种畸形姿态,便可能找到硼矿。有的树木会患一种“巨枝症”,枝条长得比树干还长,而叶片却变得很小,这种畸形的树可指示人们找到石油。

探矿植物为什么会指示矿产呢?原来,植物生长之处的地下岩层对它至关重要。地下水能溶解一部分金属,含金属的水向上渗入土壤,再被植物吸收到体内。因此,生长在铜矿上的植物能吸收含铜的水,镍矿上的草木吸收含镍的水。无论地下埋藏着什么物质,铍、钽、锂、铌、钍、钼等元素都会被水溶解一部分并带到地表上来,植物吸水后,每一段茎、每一片叶子便都累积着微量的元素。即使水深20~30米,植物组织仍会积蓄一部分这样的金属,所以它们依然灵敏地反映出金属物的存在。大部分金属元素在各种植物里有微量积蓄,植物需要它们,没有反而会“饥饿”生病。但是过犹不及,如果金属含量过高,对植物就会产生毒害作用。所以,在金属矿区,大部分植物都不见了,剩下来的只是那些经得起某种金属在自己体内大量积蓄的草木。于是,这些地区就只生长着这一类植物,它们便成为这种金属矿的天然标志了。

正是因为植物具有富集一些矿质元素的本质。所以人们可以有目的地筛选和培育出适当的植物,来帮助人类采矿。

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据统计,能够“探矿”的植物目前已经发现了70多种。它们能指示的矿物有硼、钴、铜、铁、锰、硒、铀、锌、银等。所有这些植物都是草本植物,其中有三分之一以上属于豆科、石竹科和唇形科,还有车前科、蕨类和堇菜科等科。

奇异的植物“陷阱”

越是漂亮的植物越是危险。有的植物开花艳丽,美不胜收,却是麻醉人的毒品,如罂粟;有的植物娇嫩可人,却是致命的死亡陷阱。

马兜铃会巧设陷阱。它的花儿像个小口瓶,瓶口长满细毛。雌蕊和雄蕊都长在瓶底,只不过雌蕊要比雄蕊早熟几天。雌蕊成熟的时候,瓶底会分泌出一种又香又甜的花蜜,把小虫子吸引过来。小虫子饱餐一顿后想要返回时,却早已身不由己,陷进“牢笼”了。因为瓶口细毛的尖端是向下的,进去容易出来难。小家伙儿心慌意乱,东闯西撞,四处碰壁,不知不觉中所带来的花粉就粘到了雌蕊上。几个小时后,雌蕊萎谢了,小虫子依然是“花之囚”。直到两三天后,雄蕊成熟了,小虫子身上沾满了花粉,它才能重见天日。那时,马兜铃会自动打开瓶口,瓶口的细毛也枯萎脱落了,这个贪吃的“使者”终于逃出“牢笼”。不过,刚恢复自由的小虫子又会飞向另一朵马兜铃花,心甘情愿地继续充当“媒人”。

除了马兜铃,还有一些会设陷阱的植物。有一种萝摩类的花,虫儿飞来时细脚会陷入花的缝隙中。虫儿拼命挣扎,结果脚上沾满了花粉。小家伙从缝中拔出脚来,便一溜烟似的跑了。拖鞋兰的花儿别具一格:兜状的花中,没有明显的入口处,也看不到雄蕊和雌蕊,只是中间有一道垂直的裂缝。蜜蜂从这儿钻进去,就来到了一个半透明的小天地里,脚下到处是花蜜。蜜蜂尝了几口,刚准备离去,谁知后面已封闭起来,没有退路了。只有上面开着一个小孔,蜜蜂只好沿着雌蕊柱头下的小道勉强穿过,这时身上的花粉被刮去了。它再钻过布满花粉的过道,身上又沾满了花粉,这是拖鞋兰花请蜜蜂带到另一朵花中去的。

另外一些植物虽然不设陷阱,但也会欺骗动物前来为自己传授花粉。其中,兰花属植物是当之无愧的“骗术大师”。杓兰是欺骗昆虫的高手,在杓兰的花里面其实并没有花蜜,昆虫只是被它的芳香所招引而投入了“陷阱”。蜜蜂一旦进入雄花,不小心就会掉进花的底部,结果里面什么也没有,它只好拼命地往外爬,这时蜜蜂浑身沾满了雄花的花粉,而后它再飞进另一个雌花“陷阱”,就能向雌花授粉。留唇兰的骗术更加高明。它的花朵的形态和颜色,活像一只蜜蜂。一片留唇兰在风中摇曳,简直就像一群好斗的蜜蜂在飞舞示威。蜜蜂有很强的“领土观念”,它们发现假蜂在那儿摇头晃脑,便群起而攻之。结果,正中留唇兰的下怀,蜜蜂的攻击对花朵毫无损伤,却帮助它传授了花粉。

向日葵又称为“朝阳花”,原产于北美洲,它艳丽的外表也隐含着骗术。向日葵的顶端有一个金黄色的圆盘,看起来像一朵美丽的大花,但事实上这朵“大花”是由1000朵小花组成,金黄色圆盘的边缘是一些中性的黄色舌状小花,并不结果实,而中间棕黄色的两性筒状小花,才能结果实,边缘的舌状小黄花只起引诱昆虫的作用。被向日葵的鲜艳色彩吸引而来的蜜蜂等昆虫其实是在两性筒状花上采蜜的,它们在上面爬来爬去,这样就为向日葵传播了花粉。

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植物世界有着庞大的种群,绝大部分植物都能从阳光中获取赖以生存的“食物”,但也有部分植物发现,窃取“他人”劳动果实或许是一种更容易的生存方式,在这种情况下,它们就会巧妙地伪装,设下“陷阱”。当然,这是一个漫长的进化过程,是植物适应外界求得生存的一种自然反应。

植物激素的发现

动物的体内有多种激素,对调节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。科学家们把植物体内合成的对植物生长发育有显著作用的几类微量有机物质,称为植物激素,包括生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯和油菜素甾醇等。

最早对植物激素进行研究的是进化论的奠基者达尔文。1880年,达尔文在进行胚芽鞘的向光性实验时发现,金丝草的胚芽鞘在单方向照光的情况下向光弯曲生长。如果在胚芽鞘的尖端套上锡箔小帽或将顶尖去掉,胚芽鞘就没有向光性。达尔文认为:可能胚芽鞘尖端会产生某种物质,胚芽鞘的尖端是接受光刺激的部位,胚芽鞘在单侧光的照射下,某种物质从上部传递到下部,导致胚芽鞘向光面与背光面生长速度不均衡,使胚芽鞘向光弯曲。大约半个世纪后,一位荷兰科学家找到了达尔文所描述的这种物质——吲哚乙酸,这就是植物激素中最早被发现的成员——生长素。