书城科普读物科普知识百科全书——《植物知识篇》(上)
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第6章 植物的秘密(6)

在这方面,最常见的例子是玉米和大豆,它们是一对关系良好的“亲家”。因为玉米需要氮肥,而大豆的根瘤菌就是一个小小的氮肥工厂,把空气中的氮固定在土壤里,玉米可以随时吸收,要多少,有多少,它们生活在一起,没有你死我活的斗争,而是彼此照顾的好“邻居”。

通过长期的生产实践,蔬菜专家发现,有些植物的“化学武器”对付害虫十分有效,只要合理加以利用,效果比喷洒农药可就强多啦。

例如菜粉蝶害怕西红柿和莴苣的气味,于是人们便把它们与甘蓝种在一起,这样菜粉蝶就不敢贸然靠近,甘蓝可以免受其害。在大豆地里种一些蓖麻,蓖麻的气味会使危害大豆的金龟子退避三舍。还有,大白菜容易得根腐病,而韭菜根分泌的杀菌素,恰巧能杀死根腐病病菌,让它长在大白菜身边,充当大白菜的“保健大夫”,是再合适不过了。

在我国南方有一种重要的油料植物——油茶,很容易患烟煤病,大大影响产油量。可是当它与山苍子相伴生长时,就不会得这种病,其中的秘密在哪里呢?原来,山苍子的叶子和果实经常散发芳香油,芳香油中的柠檬醛具备杀死烟煤病菌的能力,所以,山苍子也就成了专为油菜驱魔治病的大夫。

以上的种种例子说明,植物邻里之间的相生相克关系,微妙而又复杂,它是在自然选择中的规律性表现。人类只要彻底摸清它们之间的奥秘,对于发展农林业生产,合理选种植物,减少农药用量,保护环境卫生等,都有重要的意义。

植物的“四大系统”

植物体内有什么样的“神经”?植物能否预测灾祸?植物具备辨别方位的定向系统吗?有些植物为什么能追踪太阳光?这些有趣而新奇的问题,属于现代植物行为学的范畴,它是一个奥秘无穷的研究领域,吸引了许多植物学家前去追寻探索,设法解开其中的谜团。

第一,会受麻醉的“神经系统”。谁都知道,病人动手术之前要进行药物麻醉,使神经系统失去应有的敏感性,这样开刀时就不会感到痛苦。最近科学家们发现,植物也有“神经系统”,既然如此,用在人体中的麻药,是否也会使它失去感觉呢?

为了解开这个谜团,法国和德国的几位生理学家,选用乙醚和氯仿等普通麻醉药,对含羞草进行麻醉实验。结果那些“服用”麻醉药的含羞草,不论怎样用手触摸,那原来很敏感的叶片,这时却像着了魔似地无动于衷。过了一段时间后,也许是麻药效果消失,它才重新恢复敏感性。看来植物也会被麻醉,而且在麻醉剂的浓度、麻醉起作用和消退的时间方面,与动物的反应很相似。

后来科学家又发现,许多其他植物也有类似情况。比如一种小蘖属植物的雄蕊有敏感的“触觉”,但经过吗啡处理后,就会变得麻木不仁。还有众所周知的食虫植物捕蝇草,经过乙醚麻醉药的喷洒,虽然知道可口的小虫子已进入自己巧设的陷阶,但却无力合拢“牢门”,只能眼睁睁地瞧着美味佳肴在眼皮下逃生。

植物是怎样被麻醉的呢?植物麻醉过程与动物很相似,它们都是通过细胞膜的离子来传递电冲动。当植物受到麻醉后,细胞膜结构被破坏,“神经”传递就被阻断了。

目前,有关植物麻醉还有许多谜没解开,特别令人不可思议的是,本身充满麻醉剂的罂粟(制造鸦片的植物),为什么不被自己的麻醉剂所麻醉呢?

第二,预测灾祸的警报系统。植物生理学家最近发现,有些植物不仅能对外界变化作出相应反应,而且还具有一套预测灾祸降临的独特本领。

有一位名叫鸟山的日本学者,专门研究植物如何预测地震。他选择合欢树作为对象,用高灵敏度的记录仪器,测量合欢树的电位变化。经过几年的努力,他惊奇地发现,在打雷、火山爆发、地震等自然现象发生之前,合欢村内会出现明显的电位变化和突然增强的电流。例如,他所研究的那棵合欢树,1978年6月10日~11日突然出现极强大的电流,结果6月12日下午5点14分,在附近地区发生了7.4级的地震。10多天后余震消失,合欢树的电流才开始恢复正常。1983年5月26日中午,日本海中部发生了7.7级地震,鸟山教授在震前20多小时,又一次观察到合欢树异常电流变化。实验表明,合欢树能预测地震,具有相当的可靠性,这给我们准确预报地震提供了一条新的途径。

第三,辨别方位的定向系统。人和动物知道上下左右,东西南北,植物也不例外,具有相当精确的定向能力。

美国有一种莴苣植物,它的叶面总是和地面垂直,而且几乎无一例外地朝着南北方向,因此人们把它称作“指南针植物”。指南针植物的叶片为什么会有这种独特的习性呢?

有两位植物学家发现,指南针植物只要一遮荫,叶片的指南特性就消失了。因此他们断定,叶片指南一定与阳光密切相关。后来他们又进一步发现,叶片的指南特性对植物生长很有利。因为中午阳光最强烈,垂直叶片的受光面积极小,能大大减少水分蒸腾;而在清晨和傍晚,叶片又可以在耗水少的情况下进行较多的光合作用。这样,指南针植物能在干旱的环境条件下,得到较好地生长。

好多年前,曾有人提出一个古怪的问题:植物的根为什么只朝地下生长?这个问题看来很简单,但要仔细回答还真不那么容易。最近,几位美国科学家为了解答这个问题,对玉米、豌豆和莴苣的幼苗进行了专门的研究。他们发现,植物根冠的细胞壁上积累着大量的钙,尤其在根冠的中央区密度最大,因此他们认为,除了地球重力场的影响外,钙对控制植物的根向地面生长,起着至关重要的作用。

关于植物方位定向能力的例子举不胜举,只要留心,你也一定会发现许多这方面的有趣现象。

懂礼貌的娃娃

也许你早已观察到这种现象:花卉、果树等植物的幼苗,在生长过程中受到阳光照射后,会向阳光的方向弯曲,好像给太阳“鞠躬”似的,这是为什么呢?

为了解开这个谜,许多科学家作了大量的实验。有的科学家曾经把幼苗的顶端切掉,或者用纸盒把幼苗的顶端遮住,幼苗就不再向太阳“鞠躬”了。但是,把这切下来的顶端再放回原来的位置,幼苗又可以开始生长,“鞠躬”了。这个实验证明,在幼苗的顶端显然是存在着一种特殊的物质,在光的作用下这种物质跑到幼苗背光的一侧,就引起它弯曲生长。

化学家们从幼苗的顶端提取出了好几种物质,这些物质对植物的生长具有刺激作用,能够使幼苗背太阳一面的细胞分裂生长加速,使幼苗朝太阳的一面“鞠躬”。这些奇妙的物质,被称为“植物生长素”。据分析植物生长素大都是一些复杂的有机化合物。如吲哚乙酸、吲哚乙腈和四氯吲哚乙酸等。

植物生长素促进生长的作用,在于它使细胞壁疏松、增加可塑性、促进细胞的纵向伸长,在植物的根、茎、叶、花、果实、种子和胚芽中都有分布,在生长旺盛的部位较为集中。

高山植物长不高

爬过山的人也许见过这样一种现象,越往高处,树木越是长得矮小。甚至到了很高的山顶,就只有草地了,这是为什么呢?

这主要是从平地到高山山顶气候条件的差异造成的。这种差异主要表现在:

温度的差异随着海拔每升高100米,气温要下降0.5~1℃。随山势的上升不仅温度降低而且昼夜温差也较大,白天因为光照强烈,因而温升较高,但是到了夜晚气温通常下降很大甚至在0℃以下,过低的夜温会抑制植物的生长。

湿度的差异随着海拔的升高湿度也跟着增大。湿度的增大影响了植物蒸腾作用的正常进行,影响了根系对水分的吸收,使营养不能及时得到供应从而影响了植物的生长。

光照的差异高山顶上由于大气稀薄云雾少,阳光特别容易透过大气到达这里,因而高山阳光的紫外线比低洼地区要强。低洼地区由于大气层的反射和折射,紫外线较弱,而紫外线能抑制植物体内生长素的形成,从而抑制了植物茎的伸长。

风力的变化由于山顶风多而且大,植物为了防止被风吹断茎枝,从而产生了适应性的变化,长得就要矮小。

以上这些原因的影响,使高山上的树木长得矮小,而且生长缓慢。

种子萌发时的温度和水分

大家知道,要想使种子发芽,首先必须使它有足够的水分。因为干燥的种子含水量很少,仅占种子总重量的5%~10%左右,在这样的条件下很多重要的生命活动都是无法进行的,所以种子萌发的首要条件是充分吸足水分才能使生命活跃起来。

水在种子萌发过程中所起的作用主要为:种子浸水后使种皮膨胀、软化,可以使更多的氧透过种皮进入种子内部,加强细胞呼吸和新陈代谢作用的进行,同时二氧化碳透过种皮排出来。

种子内储藏的有机养料在干燥的状态下无法被细胞吸收,细胞里的酶也无法发挥作用,只有在细胞吸水后各种酶才开始活动,把储藏的养料进行分解,成为溶解状态向胚芽转移以供胚芽利用。

胚和胚乳吸水后增大体积,柔软的种皮在胚和胚乳的挤压下容易破裂,为胚芽、胚根突破种皮向外生长创造了条件。

萌发时的吸水量也因种子不同而不相同,这决定于种子内储藏养料的性质。含蛋白质多的种子吸水量较大;含脂肪多的种子吸水量较少;含淀粉较多的种子吸水量一般不大。一般来讲,种子吸水后要增加重量30%以上,此外种子也能直接吸收大气中的水分以供萌发的需要。

种子萌发水分固然不可缺少,但也并不是有了充足的水分种子就能萌发了。种子萌发是一个强烈的生命活动过程,包括一系列的物质变化;胚乳有机养料的分解;有机物和无机物转化为生命的原生质等,所有这些变化都是在各种酶的作用下进行的。