书城自然科学地球奇观(上)
33539800000006

第6章 地理奇观(6)

说到孢子,还有必要提一下苔藓植物和蕨类植物。在苔藓植物和蕨类植物的生长发育的某一阶段,它们也同样产生孢子,不过,它们的孢子并不直接发育成新个体,而是先长成丝状的原丝体和叶状的原叶体。

是蝶恋花,还是花恋蝶

蝶恋花,这是经常看到的。但是,你想过没有,花生来就是需要蝶恋的。俗语说“招蜂引蝶”,这对花,尤其是对又香又美的花来说更是贴切。花儿为什么要招蜂引蝶呢?

蝶恋花

植物开花结果,对此,人们不太留意;若注意一下,就会知道有的种子有果皮包被,而有的种子没有果皮包被。人们把前者称为被子植物,将后者称为裸子植物。

裸子植物怎样繁殖后代呢?裸子植物的花分雌球花和雄球花。名为花,实无花瓣,也没有芳香的花蜜,不能引起昆虫的兴趣,只有风才是它们忠实的“媒人”。雄球花产出的花粉只要落到雌球花上,就能完成传粉和受精作用。裸子植物的花粉结构有利于风力传播花粉。拿松树来说,它们的黄色花粉“盛”在长形的“花粉囊”中,数量极多。而且,每粒花粉都生有两个薄薄的、大大的气囊,风托着气囊,轻轻地飘上天空,飞得高高的,远远的,然后落在某个雌球花上,完成授粉作用。银杏的雄球花像条毛虫,叫做柔荑花序,上面生有许多螺旋状排列的雄蕊,每个雄蕊生有两个花药,花药成熟裂开后,数不清的花粉便随风飘散在空中。这种花粉的构造也利于风力的传播,它的分量很轻,边上“开”有槽,槽的边缘呈波浪形,风一刮,它们就像一架架微型飞机飞入高高的云层,去远方“寻找”归宿。尽管如此,裸子植物的花粉绝大多数是随风散失的,它的授粉几率只能随风由命。被子植物则不然,它们中的大多数既有鲜艳的花朵,又有香甜的花蜜,这对于许多动物,尤其是爱吃甜食的昆虫是具有吸引力的。

为了引起“媒人”的注意,被子植物的花朵大多长得鲜艳异常,极易识别。比如,热带地区有一种香芝草,开的花极像蝴蝶,花瓣的外表呈黄绿色,内层则显浅白色,带有红黄两种花纹。蜜蜂兰的花瓣和萼片都是浅红色的,初看上去,并不起眼,但一旦花瓣绽开,露出又宽又弯的唇瓣,活脱脱像一只大蜜蜂。

招蜂引蝶的花朵,不但有鲜艳的花瓣,还有香甜的花蜜。花蜜为什么那么甜呢?花蜜是花儿蜜腺细胞的分泌物,含有丰富的糖分。花儿为什么那么香呢?花香其实是一种叫“酯”的挥发性油液发出的香气。酯并无颜色,但很香。而且,越晒越香。

植物学家还发现,植物分泌花蜜的多少常跟天气有关,天气暖和、晴朗,花蜜就产得多。天气连阴下雨,气温低,花蜜不但产得少,而且稀薄。刮干冷大风的天气,花蜜的产量会很低很低。据统计,在我国,能产蜜的植物约有3000多种,其中,枣花产的蜜又甜又香又粘稠,质量最好,而油菜、紫云英、荆条、乌桕、龙眼产的蜜,质量也不错。

昆虫是怎样找到它所需要的花蜜的呢?除了花朵发出的香气以外,花的颜色也是很重要的。动物常常在很远的地方感觉到某地的花香,它们会不辞劳苦远道而来,并根据花儿的颜色,采到满意的花蜜。有人做过试验,有八种颜色的花,其中,白花、红花和黄花的数量比较多,这三种花特别容易被传粉的昆虫找到。经过实验,人们还发现,蜜蜂对白花和黄花特别敏感,蝴蝶则对红花特别有好感,在温带地区,昆虫对鲜红色的花朵并不感兴趣,所以那里的花朵大多数是白色的、黄色的或蓝色的,而在热带地区,那里的“媒人”如蝴蝶或蜂鸟,特别喜欢鲜红色的花,所以花的颜色中红色居多。

有趣的是,花的颜色并不都呈红、黄、白色或蓝色,有的花是绿色的,有的花是橙色的,更有少数花是黑色的。绿色的和黑色的花多半是因变异而产生的。比如墨绿的菊花和黑色的郁金香。

提到花香,人们往往会想到茉莉、米兰、代代花、蔷薇、紫罗兰、含笑、木犀草、玉兰和麝香豌豆。其实,最名贵的香料是从玫瑰花瓣里得到的。很早以前,人们将采来的玫瑰花加水蒸馏,油液随蒸汽一起馏出,再将油水分离,就得到了香料。用这种做法,从四五百千克的玫瑰花瓣中能提取1千克玫瑰油,而仅仅只用几滴这样的玫瑰油就能制出1千克香水。你看,这油有多香!

然而,大千世界无奇不有。有香花,也有臭花。这些臭花,靠逐臭的虫子来完成传粉作用。比如,一种叫土蜘草的植物,花开之后,臭不可闻,不留神走近它的人,常常被花臭熏得捂鼻而逃。而素有“世界之最”的最大的花——生活在印度尼西亚的大花草开的花,乍一开放,臭气尚不明显,待到花瓣全部显露,它就变得臭味刺鼻,吸引逐臭的蝇子前来吮吸花蜜。一俟蝇子“就餐”完毕,传粉作用电告完成。

花儿不论香臭,都能吸引动物前来采花蜜。动物在这朵花儿上采过蜜,又去那朵花儿上采蜜,不经意之中,就帮助花儿传授了花粉,为植物的雌雄交配充当了勤劳的“媒人”。被子植物的传宗接代就在这种互惠互利之中不断进行,植物界被子植物的繁衍也因此大大盛于裸子植物。

植物怎样适应环境

无论是高山大泽,还是平原丘陵,都有相应的植物,无论是炎热的赤道,还是寒冷的山巅或极地,都能找到植物的踪迹。植物是怎样适应环境的呢?植物适应环境的办法很多,有些简直令人难以想象。

顶风傲雪的雪莲

雪莲,顾名思义是开在雪山上的“莲花”。雪莲是怎样傲冰斗雪的呢?

雪莲生长在我国西藏南部和四川西北部以及新疆的一些地区,喜马拉雅山脉和青藏高原海拔4800~5500米的高寒地带。那儿的山巅终年覆盖着皑皑白雪,即使盛夏季节,也常常是狂风呼啸,大雪纷飞。可是,在这样严酷的环境中,却生长着不怕严寒的植物——西藏雪莲。雪莲是菊科多年生草本植物,与内地菊科植物大不一样。它们特别喜爱冰天雪地,让它们在温暖的条件下生长,反而会热死。雪莲植株低矮,株形美观。夏季开出紫红色的花,为雪山奇观。它们在如此恶劣的环境下能生存下来,靠的是一套奇特的形态结构:它们的身材都不高,在地面上匍匐密生着垫状的叶丛,哪怕是大风电很难吹走它们。外加雪莲的茎叶上长着长而厚的白色绵毛,紫红色的花序也被层层毛茸茸的银白色花苞包裹,这种结构既能防寒保温又能保湿,还能对高山上强烈的太阳辐射起反射作用。雪莲粗壮深长的根系灵活地穿插在乱石之间,既能吸收水分和无机盐,又能防止石块下滑遭到损伤。植物学家告诉我们,低温之所以会影响植物的生长,是因为低温会引起植物体内冰冻。当气温下降到冰点时,植物组织和细胞间隙首先出现了冰块,导致细胞内水分大量外渗。如此一来又反过来促进冰块的扩大,当细胞内部全部结冰,冻害也就发生了。科学家还告诉我们,避免冻害的关键是,当冰块融化时,迅速使来自细胞的水回到原处。雪莲全身的白色绵毛既能起一定的防冻作用,又能在组织和细胞内的冰块融化时,让来自细胞的水分尽快地回到原处而不蒸发,因而保证了雪莲在冰天雪地里的安全。

雪莲是一种名贵中草药,它有祛寒、壮阳、补血的功能,能治疗外伤、月经不调以及肾虚腰痛等疾病。但是,科学家认为雪薄对人类的贡献远不止这些。雪莲能有效地战胜冰雪,这种抵抗力是在漫长的进化过程中发展变化来的。掌握了雪莲抵抗冰雪的原理,对于我们发展高寒地区的植被和当地的畜牧业很有现实意义。

咸不死

白花花的盐碱地,很多植物难以生存,但却是黄须、胡杨、碱蓬、盐角草和胡颓子等抗盐植物的“乐园”。科学家发现,土壤中的盐分过多,渗透压很高的盐水占据了组成根的细胞,给根的吸水造成很大的阻力,久而久之,植物就会渴死。另一方面,土壤中积累过多的可溶性盐类还会毒害根细胞,使根受到伤害。实践证明,土壤中含盐量达到0.05%,大部分植物就不能生存;但是,为什么抗盐植物却能在含盐1%~3%的盐碱地生长呢?

20世纪60年代,美国科学家伯恩斯坦和两位澳大利亚科学家曾用“渗透学说”解释抗盐植物的本领。他们认为,抗盐植物之所以咸不死,是因为叶面的蒸腾作用降低,从而保证了植物体内含有必要的水分。例如,盐角草和碱蓬都有肉质茎和叶,细胞里的细胞质能和盐类结合,不至于发生毒害作用,它们的细胞含水量甚至高达95%,因此具有高度抗盐能力。胡杨、柽柳和匙叶草的茎叶上密布泌盐腺,可以把从盐碱地中吸收的过多盐分从泌盐腺排出体外,风吹雨打,盐分又回到土壤。瓣鳞花呢,能把吸收的盐分溶解在水里,通过叶面分泌出去,水分干了,盐的结晶留在叶面,风一吹就纷纷散落。艾蒿、田菁和胡颓子的根细胞透盐性极小,盐分很不容易渗透进去,另外,它们的细胞内还含有较多的糖类和有机酸,这样就增加了细胞吸水的能力。真是八仙过海,各显神通。在众多的抗盐植物中,黄须的抗盐能力是很突出的。黄须又叫盐吸,是一年生草本植物,叶肥厚多汁,呈棍棒状,上面长了许多茸毛。黄须的根系极为发达,能使土壤变得疏松,渗透力加强。人们曾在盐碱地上种过一年黄须,结果75厘米深的土壤内含盐量只剩0.1%,难怪人们常叫黄须为“吸盐器”。

我国现有约27万平方千米盐碱地,其中耕地占了1/4,研究抗盐植物的抗盐本领,对于人类治理盐碱地,提高作物的收成大有益处。

花儿“发烧”

人们在北极地区看到臭菘花在冰雪中盛开,诧异之余,不禁疑窦丛生:这些花为什么会在那么冷的地方开放?

20世纪80年代初,瑞典伦德大学三位植物学家为了解开这个有趣的谜而奔赴北极。经过调查,他们发现臭菘花盛开的原因是因为花朵内部能保持比寒冷的外界温度高得多的恒温。花儿为什么能“发烧”?三位瑞典科学家认为这跟它们追逐太阳有关。他们将生活在北极地区的仙女木花花萼用细铁丝固定,以阻止其“行动”,然后再在花上放一个带细铁丝探针的测温装置。旭日东升,气温升高时,被细铁丝固定的花朵内部温度要比未固定的低,因为未固定的花朵能随着太阳的运动而一直面朝太阳。因此他们得出结论:花儿向阳能积累热量,有利于果实和种子的成熟。美国加利福尼亚大学的植物学家沃尔则认为,极地花朵“发烧”是因为脂肪转化成碳水化合物释放热量所致。他观察到极地植物臭菘,在连续两星期的开花期间,漏斗状的佛焰苞把花中央的肉穗花序“捂”得严严实实,内部的温度竟然保持在22℃,用向阳理论显然难以解释。经测定,沃尔发现臭菘体内存在一种叫乙醛酸体的特殊结构,它的内部是生物化学反应的最佳场所。当植物体内的脂肪转变成碳水化合物时,花儿就“发烧”了。可不久,沃尔发现在另一种叫喜林芋的“发烧”花儿内部并不存在脂肪转化为碳水化合物的过程。喜林芋“发烧”是靠花儿内部雄性不育部分的“发热细胞”。沃尔因此以为,花儿“发烧”是为加速花香的散发,从而更好地招臭菘引昆虫传粉。在寒气逼人的北极地区,一朵朵“发烧”的花就像一间间暖房引诱昆虫前来寄宿,从而借助昆虫完成传粉。但美国植物学家罗杰和克努森却有自己独特的看法。他们认为,这些花儿“发烧”不仅为了招引昆虫,更重要的是为了延长自身的生殖时间,只有这样,才能从容不迫地开花结果,延续后代。

花儿为什么“发烧”?至今尚无统一的说法。大多数人认为,在没有掌握更多的第一手资料前,断然下结论是不可取的。

“自卫反击战”

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,野兔啃过的植物重新长出的芽、叶中会产生大量的叫“萜烯”的化学物质,野兔吃了它,厄运就降临了。

1981年,同样的事情再度发生,一种叫舞毒蛾的害虫袭击美国东部的橡树林。400亿平方米的橡树林,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。可奇迹出现了,植物的“自卫”使橡树林在遭灾一年后恢复了青春。对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。单宁酸一旦跟害虫胃内的蛋白质结合,舞毒蛾就很难将橡树叶消化,变得病恹恹的,不久就一命呜呼,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。

谁是“纵火犯”

有一段时间,美国加利福尼亚的居民常为不明原因的火灾所困惑。大火突然烧了起来,而现场却找不到任何犯罪痕迹,肇事者究竟是谁呢?很多年过去了,科学家终于查获了纵火真凶——白叶鼠尾草。

白叶鼠尾草为什么会“纵火”?原来,自叶鼠尾草生长时能散发一种叫单萜的无色有机物。单萜具有香气,能抑制其他植物的呼吸,被土壤吸附后还能阻止其他植物种子的萌发。在白叶鼠尾草生长的地方,其他植物就不能生存,唯独同样能分泌萜类物质的加利福尼亚蒿才能生长。夏天,空气中充满了单萜的香气,这种易燃物质达到饱和状态就酿成莫名其妙的火灾。

生物学家把植物产生的、对本身生长并无多大关系的物质叫次生物质。一百多年来,植物学家已经查明了10000多种包括单萜在内的次生物质的化学结构,并进一步想方设法弄清其生物合成过程。他们认为次生物质实际上是植物对付复杂环境的一种有力武器。有些植物合成的次生物质含单宁、生物碱、萜类或甾类。这些化学物质有的发苦,有的能毒害神经,能有效地防止食草动物对该植物的伤害,或抑制其他植物的生长。例如,大麦根部能分泌芦竹碱和大麦芽碱,胡桃叶能合成胡桃醌,这些物质都能抑制其他植物的生长。澳大利亚的桉树能产生次生物质萜和酚,但在澳洲本地,别的植物已经适应了这种次生物质。当桉树迁植到美国时,次生物质就发挥了威力,能起到抑制其他植物生长的作用。