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第15章 认识植物现象(1)

葵花向阳

向日葵,也称为葵花、朝阳花或转日莲,是众所周知的会向太阳“鞠躬”

的植物。可是,你能否回答,向日葵为什么会朝着太阳转动呢?

向日葵为菊科植物。它的花实际上是一个花序,是由短缩肥厚的花轴和它上面的许多小花组成的。植物学上称这种花序为头状花序,通常所说的花盘,就是指这个部分而讲的。葵花向阳,就是指花盘跟着太阳转。

我们先看看花盘到底是怎样转动的。

向日葵花盘向阳的转动是比较复杂的。花盘方向的变化,一般是早晨朝着东方或东南方,中午近南方,午后偏西南方,傍晚向西南方或西北方,午夜变为正中,以后逐渐移向东南方。花盘的倾斜度,是清晨以前和傍晚以后都大于25度,而在清晨或傍晚之间的倾斜度一般都小于25度。午夜到二时左右,由于花盘和整个植株同地面呈笔直,倾斜度约等于零。向日葵花盘内的花蕾出现前和出现后,转动的情况是有差别的。花开以后和结了果实,一般就丧失了转动的能力。这个时候除了前面有遮蔽物外,花盘一般是向光线和热量较多的东南方。

葵花为什么能如此灵敏地向着太阳转呢?

原来,这是紧靠花盘的一段茎内向光面与背光面生长速度不均造成的结果。一般在茎端下面的一部分是延长生长区,当其一侧受光时,生长素在背光一侧分布较多,故生长较快;而在向光一侧分布较少,故生长较慢。两侧生长速度不同,尖端生长就朝向较慢的一侧。据近年的最新研究成果表明,向日葵茎端生长区的两侧除生长浓度的差异外,还有叶黄氧化素浓度的差异,在向光一侧具有较高浓度的叶黄氧化素,后者是脱酸生物合成过程中的中间产物,其主要功能是抑制细胞的伸长。实验证明当光从一侧照射30分钟后,向日葵茎端生长区两侧的叶黄氧化素与生长素的浓度呈反相关,即叶黄氧化素在向光面的含量高,背光面低,因此,葵花向阳应该说是生长素和叶黄氧化素共同作用的结果。由于向日葵茎端延长区的位置比较偏后,差异生长能使其前方器官——花盘整个地转动。这一运动是植物向光性运动最突出的表现。

葵花向太阳,可使花朵像孵卵器那样,聚集阳光的热量,形成一个温馨舒适的场所,引诱昆虫前来传粉,并促进种子更好的发育生长。

植物也要睡眠

很难使人相信,植物也需要睡眠,但这确是事实。花儿要睡觉,叶片也会睡眠,而且它们还有一定的睡眠姿势呢!

豆科植物的羽状复叶上的小叶片能够昼开夜合。例如有一种叫红三叶草(也叫红花苜蓿)的豆科植物小草,在阳光下,我们看到的是它的每个叶柄上的三片小吐都展开在空中;夜幕降临时,三片小叶就折叠在一起而垂下头来开始睡眠。这就是植物睡眠的典型现象。这种昼开夜合的变化在近似24小时的周期中反复发生,即使在完全黑暗中也仍然照样进行。植物学家称这种现象为就眠运动。植物体内的生物钟最早就是从这种现象发现的。

会睡眠的当然不只是红三叶草的叶子,只要留心观察,我们到处可以看到叶子的睡眠。夏天的傍晚,合欢树那无数小羽片就成对成对的闭合,然后低下头来,含羞草的小叶闭合后也会低下头来,这些现象告诉我们,叶儿瞌睡,夜幕降临了。

不仅植物的叶子有睡眠要求,就连娇柔艳美的花朵也要睡眠。例如,在水面上绽放的睡莲花,每当旭日东升之际,它那美丽的花瓣就慢慢舒展开来,似乎刚从酣睡中苏醒,而当夕阳西下时,它又闭拢花瓣,重新进入睡眠状态。

由于它这种“昼醒晚睡”的规律性特别明显,因此人们就给它起名叫睡莲。

植物不仅要睡眠,睡眠的姿势还不尽相同呢!如落花生的叶片闭合后是向上举,而红三叶草的叶片闭合后却垂向地面。植物的这种有趣现象,很早就引起了科学家们的注意。英国著名的生物学家达尔文早在100多年前经过研究就发现,一些因外力阻碍(如叶片上积聚的露水)而不能自动运动的叶片,更易遭受冻害或寒害,他断言,植物叶片的下垂或竖立,具有保护叶片免受冻害的作用。

最近,科学家用一种灵敏的“热探测器”对一些豆科植物叶片的温度做了测量。实验结果表明,叶片位于水平方向的温度,总比叶片位于垂直方向的温度低1℃,尽管两者的温度差别很小,但还是证实了达尔文最早的观点。

又经过一系列的实验和研究,目前许多学者认为,可能正是这仅仅降低1℃的寒冷会阻止或减缓叶的生长。在相同的环境中,具有睡眠运动的植物生长速度较快,并比不进行睡眠活动的植物具有更强的竞争性,这也是植物长期以来适应昼夜温差变化而形成的一种遗传性特征。

万年青保持绿色的奥秘

万年青是一种观赏植物。它不但具有耐寒、经冬不凋、叶绿果红的特点,而且还特别习惯生活于蔽荫的环境,即使在光照条件较弱的地方,它仍不失其碧绿可爱的色泽。

阳光,是植物光合作用的能量来源,但是由于植物长期适应不同的环境条件,不同的植物需要光的强度是不同的。根据植物对光照强弱不同的要求,可把它们分为阳生植物(也常说喜光植物,实际应该说是“习光植物”),和阴生植物(也常说喜阴植物,实际应该说是“习阴植物”)两大类。

阳光植物在较强的光照下才生长健壮,不耐荫蔽。在弱光条件下,植物生长发育不良,如松树、桉树、杨树等一些树木,栽培的落叶果树、农作物也多属于此一类。

阴生植物不能忍受强光照射,适宜生长在荫蔽的环境中,如云杉、冷杉和一些森林中的草本植物。万年青就属于阴生植物。

这两类植物之所以能适应不同的光照,是与它们的叶片结构和生理特征分不开的。阳生植物的叶片质地较厚较硬,叶表面有很厚的角质层或蜡质层,有的表面还有绒毛,能反射光线,而且气孔小而密集,叶肉栅栏组织发达,叶脉细密。这些显然有利于在较强的光照下进行光合作用。而阴生植物的叶片结构恰恰相反,叶薄而无角质层或蜡质层,或角质层很薄,一般没有表皮毛。叶肉通常无栅栏组织和海绵组织的分化。这些形态特点均有利于在庇荫的环境下,对微弱的光线进行吸收和利用。正因为如此,这两类植物利用强光的最大能力——光饱和点就有很大差别。万年青等阴生植物在海平面全光照的1/10或更低时,就达到了光饱和,超过光饱和点的光虽然也能被叶子吸收,但不能提高光合强度,而是以热能的方式释放出来。而松、杨、柳等阳生植物,则需要很强的光,才能达到光饱和。这就是万年青等阴生植物在蔽荫处仍然保持碧绿的奥秘。

秋冬枯叶落满地

在我国辽阔的土地上,秋冬之交是一个干燥寒冷的季节。日照时间逐渐缩短,土壤温度持续下降,增加了根系吸水的困难;而地面凛冽干燥的空气又会增强蒸腾作用,这对植物生长极端不利。于是植物在长期进化过程中,形成了减少蒸腾、度过寒冷的一种适应,这就是落叶。大多数落叶植物是温带多年生植物。

落叶与叶柄的结构变化有关。木本落叶植物在落叶之前,其叶柄基部有一层细胞进行分裂形成几层小型的薄壁细胞,这个区域称为离区。离区又分为离层和离层下的保护层两部分。离层区细胞在逐渐增多的纤维素水解酶和果胶水解酶的作用下,相邻细胞间的中胶层被水解为糖,细胞之间遂失去粘结力,以后由于风吹等机械力量,叶柄自离层处折断,叶片就脱落了。离层折断处的保护层细胞由于细胞壁的栓质化和木质化,可起到保护“伤口”的作用。

在离层发生同时,叶子中的含氮化合物和其他最有用的元素也转移到枝条里去,于是发生季节性落叶。落叶伴随着生长的停止,植物即进入休眠状态。

叶片因离层的活动而脱落。那么,离层又是什么原因引起的呢?根据实验了解到,短日照是决定性的环境信号。植物叶片感受了这个信号之后,促进了脱落酸的合成和乙烯生成的增多。乙烯的增多又促进了分解细胞壁物质的果胶酶和纤维素酶的合成和分泌,从而引起离区细胞壁的溶解而脱落。

其实,在一年中有干湿交替的热带。植物也有落叶休眠现象,只不过发生在炎夏干旱到来之前。例如,南非沙漠的天竺葵,中亚细亚的橡胶草,苏丹草原上的波巴布树,在每年干旱到来之前,叶子枯萎脱落,代谢强度急剧降低。只有度过干旱之后,叶子才重新更新,恢复生长。所以落叶是植物的一种减少蒸腾、度过寒冷或干旱季节的保护性适应。

路灯旁的树木落叶晚

秋末冬初,如果你漫步街头,仔细观察街道两旁的树木,就会发现一个有趣的现象:同一种树木,在路灯近旁的比远处的落叶要晚。这是什么原因呢?

原来,这些温带多年生木本植物落叶以后,就进入休眠状态。秋冬休眠是植物个体发育过程中的暂时停顿现象。落叶和休眠,虽然是对低温的防御现象,但并不是低温引起的,而是秋季日照缩短的作用。逐渐缩短的日照作为严冬即将来临的信号,成熟的叶片作为感受器感受信号之后,形成某种抑制物或激素,并转运到芽中,产生一系列的代谢变化,导致植物对低温发生种种生理上的反应,如营养物质转移到根、茎和芽中贮藏起来;枝条和越冬芽中的淀粉转变成糖和脂肪;组织含水量下降;生长激素减少,而脱落酸、乙烯逐渐增加,使植物体的代谢活动大大降低,最后出现落叶休眠现象。

路灯近旁的植株或部分枝条,因日落后继续受路灯灯光的照射,干扰了短日照条件的影响,因此落叶晚甚至不落叶。这种现象对于植物本身来说是不利的,因为未落叶,就不能进入冬眠,叶片继续因蒸腾作用而失水。与此同时,冬季根系吸水困难,因而引起枝条枯萎,甚至植株死亡。

连理枝的形成

“在天愿作比翼鸟,在地愿为连理枝”,这是唐代大诗人白居易所作《长恨歌》中的名句。

连理枝是指两棵树的枝干合生在一起,北京故宫御花园里钦安殿、浮碧亭的旁边都有这样合生的树。

连理枝在自然界中是罕见的。相邻的两棵树的枝干为什么可以长得相依在一起呢?

在树皮和木质部之间,有一层细胞叫做形成层,这一层细胞有很强烈的向外和向内的分裂作用,细胞分裂,增生了许多新的细胞,就会使树干长粗。

如果两棵树在有风的天气里,树干互相摩擦,把树皮磨光了,到无风的时候,两条树枝挨近,形成层就密接在一起,互相增生的新细胞,就会长在一起,越是靠得紧,就越容易长在一起。

古人从自然界里看到了连理枝的形成,就创造了人工嫁接的方法。人工嫁接也无非是将一种植物的芽或枝割取下来(叫做接穗),同时将另一种植物的树皮割一切口,露出形成层(叫做砧木)。这样,使接穗和砧木的形成层密接,用麻捆扎起来,过些日子就长在一起了。

从古书上的记载来推断,我国很早就用嫁接的方法来栽培果树。例如唐代郭橐驼所著的《种树书》中对于嫁接做了很多有意义的记述,书中说:“桃接李枝则红而甘;梅树接桃则脆;桃树接杏则大;李树接桃则为桃李。”

我们的祖先根据自然界中连理枝的形成发明了嫁接术,今天我们运用嫁接来创造新品种,仍然是一个重要的方法。

植物的“朋友”和“敌人”

别看植物不会动作、不会言语,但很多脾气还同人类有相通之处呢。它们喜欢和朋友们生活在一起,同朋友们生活在一起的时候愉快、健康、茁壮成长;而一旦同不喜欢的甚至“敌人”相遇时,它们之间就会彼此厌恶、争斗,弄得个你死我活。如苹果和樱桃种在一起,大家都会长得很好;把铃兰和丁香放得很近,丁香就会很快凋萎;而芹菜和甘蓝碰在一起,谁也没有好下场。这是怎么回事呢?

原来,在植物的生长过程中,它们的根、茎、叶、花等器官会分泌出一些物质。这些物质对它周围生长着的其他植物都存在着一定的有利的或不利的影响。如大蒜发出的气味,蚜虫就很害怕,将棉花和大蒜种在一起,就会使棉花增产。洋葱有“田间大夫”的美名,它身上发出的气味能杀死小麦黑穗病孢子和豌豆黑斑病菌,它们种在一起会相处得很好。葡萄园里种植紫罗兰,彼此不仅能友好相处,而且结出的葡萄香味更浓。卷心菜与莴苣为伍,莴苣散发出的刺激性气味,会把卷心菜的大敌——菜粉蝶驱赶“出境”。