书城童书植物百科(中国儿童课外必读)
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第21章 植物的另类知识(4)

随着研究的日益深入,各种理论观点一一被提了出来,但都不能圆满地解释植物睡眠之谜。正当科学家们感到困惑的时候,美国科学家恩瑞特在进行了一系列有趣的实验后提出了一个新的解释。他用一根灵敏的温度探测针,在夜间测量多花菜豆叶片的温度,结果发现,呈水平方向(少进行睡眠运动)的叶子温度,总比垂直方向(进行睡眠运动)的叶子温度要低1℃左右。恩瑞特认为,正是这仅仅1℃的微小温度差异,成为阻止或减缓叶子生长的重要因素。因此,在相同的环境中,能进行睡眠运动的植物生长速度较快,与那些不能进行睡眠运动的植物相比,它们具有更强的生存竞争能力。

植物睡眠运动的本质正不断地被揭示。更有意思的是,科学家们发现,植物不仅在夜晚睡眠,而且竟与人一般同样也有午睡的习惯。小麦、甘薯、大豆、毛竹甚至树木,众多的植物都会午睡。

原来,植物的午睡是指中午大约11时至下午2时,叶子的气孔关闭,光合作用明显降低这一现象。这是科学家们在用精密仪器测定叶子的光合作用时观察出来的。科学家们认为,植物午睡主要是由于大气环境的干燥和炎热,午睡是植物在长期进化过程中形成的一种抗御干旱的本能,为的是减少水分散失,以利于在不良环境下生存。

由于光合作用降低,午睡会使农作物减产,严重的可达三分之一,甚至更多。为了提高农作物产量,科学家们把减轻甚至避免植物午睡,作为一个重大课题来研究。

我国科研人员发现,用喷雾方法增加田间空气湿度,可以减轻小麦午睡现象。实验结果是,小麦的穗重和粒重都明显增加,产量明显提高。可惜喷雾减轻植物午睡的方法,目前在大面积耕地上应用还有不少困难。随着科学技术的迅速发展,将来人们一定会创造出良好的环境,让植物中午也高效率地工作,不再午睡。

植物血型之谜

人类与动物都有血型,这是大家知道的。而使人感到惊奇的是,人们发现植物也有血型。植物既没有红色的血液,又没有红细胞,怎么会有血型呢?这一科学之谜,引起了科学家们的关注。

大家知道,人和一些动物的血液是红色的,里面有红细胞,在红细胞的表面有一种特殊的抗原物质,是它决定了血液的类型(即血型)。但是植物没有红色的血液,也没有红细胞,为什么会有血型呢?科学家通过研究发现,植物体内有类似于人的附在红细胞表面上的血型物质,即血型糖。人体的血型也是由血型糖来决定的,O型血、A型血、B型血,分别由岩藻糖、N-乙酰-D、半乳糖、D-半乳糖所决定。植物体内也有和人类这些血型物质相同的东西,其中以红色果实的植物数量最多。科学工作者还发现,大多数植物的种子和果实都含有血型物质,并且植物的血型物质在果实成熟和发育过程中,从无到有逐渐增多,到发育成熟后,血型物质便达到最高点。

现在人们已知道,大部分生物的机体内部有血型物质,决定血型的抗原性的基本物质是氨基多糖和蛋白质。由于各种氨基多糖的差别很大,结构也不稳定,所以血型物质种类很多。因而造成了不同种生物血型物质的不同,即使是同种生物,血型物质也不相同。

那么,生物界为什么会存在血型物质呢?目前还不十分清楚。但是,科学家对血型物质的作用已有了一定的了解。比如,通过实验发现,生物体内的糖链合成达到一定长度时,在它的顶端就会形成血型物质,然后合成就停止了。也就是说,血型物质是起一种信号作用。有的科学家认为,植物的血型物质,还具有贮藏能量的作用;由于它的黏性大,似乎又担负着保护植物体的任务。

植物血型之谜,虽然目前还没有全部揭开,但是已开始在侦破案件中应用。据报道,前不久在日本中部地区的某县发生了一次车祸,一名儿童被撞伤,但是肇事司机把车开跑了。后来警察在一个乡村发现了这辆汽车,经过验证轮子上的血型,除了有被撞儿童的O型血外,还有B型血和AB型血。当时警察认为,这辆汽车除了撞伤这位儿童外,还撞伤或撞死过其他人,但司机只承认撞伤了那名儿童,不承认还撞过其他人。后来经过科学研究所的验证,原来其余两种血型是植物的血型,这样才使案件得到正确处理。此外,植物血型还能帮助破案。比如,根据遇害者胃里的食物化验结果,可以知道死者在遇害前吃过什么东西,从而可发现破案线索。

现在日本已研究出了检验荞麦、胡萝卜等一些植物的抗血清。山本茂等人声称,一旦有了已经确定血型的植物的全部抗血清,就能准确地判断植物的种类,这样,利用植物血型侦破案件的时代就将到来。

对植物血型的探索,还只是刚刚揭开帷幕,植物体内为什么会存在血型物质,血型物质对植物本身有什么意义等问题,还没有完全弄清楚,尚待科学家们去进一步研究和探索。随着研究工作的不断深入和发展,人们也将会揭示出植物血型在其他方面的广泛用途。

植物分布之谜

地球上的种子植物有20~25万种。它们的分布情况十分有趣,有的种类分布的范围极广,例如藜科植物中的藜(又名灰菜),是一种一年生草本植物,喜欢生长在荒废地上,特别是垃圾堆附近。春天,靠种子发芽,一长一大片。它们是世界性的广泛分布的种,欧、亚、美洲均有,禾本科的狗尾草也是世界性的种。

有些种类分布范围却比较窄。如油桐、杜仲皆我国特产。有的种不仅分布范围窄,而且环境特殊,例如太行花,属蔷薇科,只在河南北部、河北西南部和山西南部能见到,且多生长于干旱地方或岩石缝中。又如绒毛皂英,只在湖南南岳衡山有,且只有两株,成为珍稀濒危植物。

十分有趣的是,有些植物的种的分布是间断的,如天麻,属兰科。我国东北有,西南有,而华北却极罕见。木兰科的鹅掌楸属只有两个种,一个种分布在中国,一个种分布在美国,中间隔着浩瀚的太平洋,这两个种的形态十分相似,这也是一种间断分布。

植物学家们对植物的分布,尤其是间断分布有浓厚的兴趣。他们对为什么产生这种现象迷惑不解,又舍不得丢下这类问题不管。近一二百年来,国内外学者对植物的分布之谜作了大量研究,搞清了一些问题,但有些仍停留在学术讨论阶段,有些则根本不知怎么回事。

为什么会出现这种间断分布呢?一些植物学家推想,这些植物原来是不间断分布的,后来由于某一地区环境变迁,不适宜于这种植物生长而绝迹,于是就出现了分布区中的间断现象。例如天麻,在华北地区本来没有分布,忽然有一年在河北省井陉地区发现少量的野生天麻,这说明华北地区以前也曾有天麻分布。可能因为天麻是着名药物,大量的人工采挖使它在华北绝迹了,今天偶尔见到几根,也许是大难不死侥幸逃脱的“幸运”者。从这里可见人工保护自然植物资源的重要性。

间断分布会不会是一个种从两个不同地区起源而造成的呢?这个可能性不大。一般来说,种的起源总是一次,不可能两次。

一个有趣的例子是,在紫草科的附地菜属中,有一种蒙山附地菜,历来仅知为山东特产,也只分布于泰山和蒙山。这是一种极不起眼的小草本植物,花也极小。近些年调查,发现在北京市门头沟区的龙门涧也有生长,而且是一位业余采集家采到的,经鉴定确认为蒙山附地菜。从北京到山东泰山的距离不短,这无疑是间断分布。这个间断地区并无重大环境变迁,那么为什么这种小草会间断分布呢?

蒙山附地菜不能当菜吃,也不是什么了不起的中草药或花卉,因此它不会被人大量采挖,也不大可能是有人从山东带了它的果实(不管有意或无意)来撒在北京的。因此,这种间断分布真不知是怎么回事了。

植物“自卫”之谜

植物在遇害时能不能像某些动物那样奋起自卫?不少科学家正想方设法对此作出满意的答复。

1970年,美国阿拉斯加州的原始森林中野兔横行,它们疯狂地啃食嫩芽、破坏树根,严重威胁植物的生存。人们绞尽脑汁围捕野兔,但收效不大。就在这时,奇迹出现了,野兔们集体闹起肚子,死的死,逃的逃,几个月后森林中再也见不到它们的踪迹。原来,兔子啃过的植物重新长出的芽、叶中产生了大量叫“萜烯”的化学物质,野兔吃了它,厄运就降临了。1981年,同样的事情再度重演。一种叫舞毒蛾的害虫袭击美国东部的橡树林,400亿平方米的橡树叶子在短短的时间内被啃得精光。严重的灾情使林学家们感到一筹莫展,因为对付舞毒蛾这种危害强烈的害虫,任何措施都无济于事。可奇迹又出现了,植物的“自卫”使橡树林在遭灾一年后又恢复了青春。橡树叶的化学成分分析表明,虫咬前叶子所含的单宁酸并不多,被舞毒蛾噬咬后,橡树叶中单宁酸含量大增。它一旦跟害虫胃内的蛋白质结合,舞毒蛾就很难消化橡树叶,变得病恹恹的,或一命呜呼,或被鸟类啄食。

英国植物学家厄金·豪克伊亚发现白桦树和枫树也会“自卫”:受到害虫进攻后,几小时或几天内就能生成酚类、树脂等杀虫物质。有趣的是,美国科学家还发现,受害的柳树、糖槭等植物会通过散发挥发性物质,向远处的伙伴发出入侵的警报,及时通知同类做好集体自卫的准备。

植物既无神经,也无意识,它们是如何感受到害虫侵袭的?又是如何适时调整,合成对自身无害、而对害虫却有威胁的化学物质?它们又是如何发出和接收入侵“警报”的?这些至今还是难解的谜。

竹子为什么不会增粗

许多树木都会越长越粗,可是竹子就不同了。竹子也能生长许多年,但是它的茎一出土面,就不再长粗了。年龄再大,也只能长这么粗。这是什么原因呢?

因为竹子是单子叶植物,而一般树木大多是双子叶植物。单子叶植物的茎是没有形成层。

如果把双子叶植物的茎切成很薄的薄片,放在显微镜下面观察可以看到一个一个维管束,维管束的外层是韧皮部,内层是木质部,在韧皮部与木质部之间夹着一层薄薄的形成层。它每年都会进行细胞分裂,产生新的韧皮部和木质部,于是茎才一年一年粗起来。

如果把单子叶植物的茎横切成薄片放往显微镜下面观察,也可以看到一个一个的维管束,维管束的外层同样是韧层部,内层是木质部,但是韧皮部与木质部之间还没有形成层。所以单子叶植物的茎只有在开始长出来的时候能够长粗,到一定程度后就不会长了。除了竹子之外,小麦、水稻、高粱、玉米等等都是单子叶植物,所以它们的茎到一定程度后就不再长粗了。

藕断为何丝还连

成语“藕断丝连”的意思是藕已断开,但丝还连接着。比喻表面上断了关系,实际上仍有牵连。当我们折断藕时,可以观察到无数条长长的白色藕丝在断藕之间连系着。为什么会有这种藕断丝连的现象呢?

这就要观察一下藕的结构了。原来植物要生长,需要运输水和养料的组织。植物运水的组织主要是一些空心的长筒形的细胞组成的导管。这些组织在植物体内四通八达,在叶、茎、花、果等器官中就像血管在动物体内一样畅通无阻。

植物的导管内壁在一定的部位会特别增厚,形成各种纹理,有的呈环状,有的呈梯形,有的呈网形。而藕的导管壁增厚部却连续成螺旋状的,特称螺旋形导管。在折断藕时,导管内壁增厚的螺旋部脱离,成为螺旋状的细丝,直径仅为3~5微米。这些细丝很像被拉长后的弹簧,在弹性限度内不会被拉断,一般可拉长至10厘米左右。

藕丝不仅存在于藕内,在荷梗、莲蓬中都有,不过更纤细罢了。如果你采来一根荷梗,尽可能把它折成一段一段的,提起来就像一长串连接着的小绿“灯笼”,连接这些小绿“灯笼”的,便是这种细丝。这种细丝看上去是一根,如放在显微镜下观察,会发现其实是由3~8根更细的丝组成,就像一条棉纱是由无数棉纤维组成一样。

植物界的“寄生虫”

绝大多数高等植物都能自食其力,它们通过根系直接从土壤里或水中吸收水分和无机盐,同时,又通过自身的绿色组织进行光合作用,制造出自己生长发育所必需的有机营养。可是,有一部分高等植物,却过着不劳而获的寄生生活,它们生长发育所需要的营养物质必须从植物体内获得,在这种寄生关系中,受害的一方称为寄主植物,得利的一方称为寄生植物。

寄生植物可分为全寄生和半寄生两大类。全寄生的植物,其生长发育所需要的水分、无机盐和碳水化合物,全部从寄主体内获得;半寄生植物的体内含有绿色组织,能进行光合作用,制造有机营养物质,但是水分和无机盐的获得要依赖于寄主植物。

寄生植物具有许多适应于寄生生活的形态和生理特性。寄生植物的植物体都趋于简化,并且都具有专性的固着、吸收结构——吸器。吸器穿过寄主的表皮、皮层而伸达寄主的维管束,这样使寄生植物的维管束与寄主植物的维管束相联结。寄生植物具有惊人的繁殖力,有些寄生植物除种子繁殖外,营养繁殖能力也特别强。另外,寄生植物的营养体还有很强的生命力,在没有碰到寄主时,能长期地保持生命不死,一旦碰到寄主,又能恢复生长。大多数寄生植物仅限于寄生在一定科、属的植物上,属于专性寄生植物。

旋花科的菟丝子是一种典型的寄生植物。春天,菟丝子的种子从地里发芽,先长出一股纤细的绿色蔓茎,这股蔓茎左右转动,向上生长,碰上一个合适的寄主,便迅速缠绕上去,然后长出许多吸器。菟丝子与寄主发生关系后,便与土壤脱离了关系,由寄主供给水分和养料,开始了“不劳而获”的寄生生活。它的叶子和下部的根就成了多余的东西,于是根死去,叶子退化,形成半透明的小鳞片。菟丝子常寄生于豆科、菊科、藜科等草本植物上,对大豆危害最严重。菟丝子为全寄生植物。

秋冬季节,大多数树木叶子都已凋谢,只剩下光秃秃的枝干了。但在山野里的榆、槲、栎、柳、桑、柿、梨等树上,常可以看到有一丛丛常绿的叶子附在枝干上,不凋落,这就是桑科的寄生植物槲寄生。槲寄生为常绿小乔木,它的茎常一再左右分叉,在分叉的枝端着生一对稍带肉质的叶子,花开两叶之间,浆果球形,熟时红色。它的果实鸟类最喜欢吃,但它的果肉富于粘性,粘在鸟嘴上不易脱落,鸟类便用嘴在树皮裂缝处用力剔除。这样便无意识地把种子“播种”在树上,为槲寄生找到了寄主。槲寄生的根,构造简单,深入寄主维管束中夺取寄主的水分和养料。但它的叶子含有叶绿素,可进行光合作用,因此它是一种半寄生植物。

寄生植物的种类很多,奇形怪状,但它们对寄主都是有害的。然而寄生植物也有有利的一面,它们中有许多是贵重的药材,被我国人民长期利用,如菟丝子、列当、野菰、肉苁蓉、桑寄生等。

霜叶红于二月花