书城科普读物植物王国奇妙事
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第8章 被子植物——走向繁荣(1)

现今,植物界进化程度最高、品种最多的一门便是被子植物门。被子植物的心皮包成子房,胚珠生于子房内,胚乳在受精后形成,具有真正的花,花的主要部分为雄蕊和雌蕊,此外,还常具有花萼和花冠,花粉粒停留在柱头上,不能直接和胚珠接触。分为双子叶植物纲和单子叶植物纲。据统计,全世界属于这一门的植物有300~450个科,多达30万种,大多数科分布在热带,2/3的种分布于热带或其邻近地区。

纵观被子植物门,我们不禁会惊叹于它的纷繁复杂——从草本到木本,从低矮到高大,从喜阴到向阳,如此截然不同的形态、差异巨大的生活习性居然出现在这同一个门内不同植物体上,着实令植物分类学家们伤透了脑筋。

达尔文是英国着名的博物学家,他在着作《物种起源》中详细阐述了进化论思想。该书从生物与环境相互作用的观点出发,认为生物的变异、遗传和自然选择作用能导致生物的适应性改变。百余年来这一观点在学术界产生了深远影响,然而达尔文对自己的理论也并非完全没有疑问。

被子植物的归属

按照进化论的核心思想来说,生命体是在自然条件的影响下,为了适应自然而不断进化的。这是一个生物种类由少及多、从简单向复杂化发展的过程。因而,现在世界上的各种生物,无论牛、马、昆虫,甚至是动物和植物之间都应该有着或亲或疏的联系。而在生物进化的过程中,总会有一些所谓的“过渡型生物”存在,就像现在所公认的鸟类祖先——始祖鸟,或是同时具备动物和植物生活习性的眼虫藻。然而这些所谓的“过渡型生物”并不那么容易发现。

在达尔文生活的年代,孟德尔刚刚开始他的豌豆实验,基因的概念还没有诞生,探究生物间亲缘关系的方式只有通过解剖学对比,或是找到确切的“过渡型生物”或其化石从而加以说明。因为当时的知识及技术水平所限,解剖学的判定经常不能作为标准。而后一种方式看上去则更加难以实行——由于过渡型生物极少被发现,连达尔文也只能将自己的理论留给后人加以证明了。不过随着科技的发展,人们也确实一步步证实了进化论的科学性。

另外一个同样让达尔文深感头痛的“谜”就是寒武纪的生物大爆发。这两个谜题有着惊人的相似:在寒武纪,生物种类突然增加,通过地质学家和古生物学家的考察,其间并未发现具备此前简单生物特征的过渡型生物。这两个谜题一同伴随着达尔文走完了余生,而且一度让达尔文对自己提出的进化论产生了怀疑。

据文献记载:在距今1.4亿年左右的时候,有花植物大面积地出现。要知道,在种类繁多的被子植物出现之前,地球上虽然“绿化度”不低,然而多是品种较单一的裸子植物和蕨类植物以及苔藓植物。令人惊奇的是,在很短的时间内,形态各异的被子植物纷纷亮相,并且在事前没有发出任何“信号”(这里的信号还是指过渡型生物)的情况下占据了“大片江山”。直到今天,古生物学家还在为寻找最原始的被子植物而努力。

被子植物从哪里来?这个问题在科学界已经被争论了将近200年了,但直至今日,还是没有一个统一的答案。其间数位着名的植物学家提出了自己的观点,而这些看上去截然不同的观点又各有其可取之处。

以哈钦松、塔赫他间、克朗奎斯特为代表的植物学家主张被子植物单元起源论,其理由是:(1)被子植物除了较原始和特化的类群,木质部中均有导管、韧皮部都有筛管和伴胞;(2)雌雄蕊群在花轴上排列的位置固定不变;(3)花药的结构一致,由4个花粉囊组成,花粉囊具有纤维层和绒毡层,花粉萌发,产生花粉管和两个精子;(4)雌蕊由子房、花柱、柱头组成,雌配子体仅为8核的胚囊;(5)具有“双受精”现象,三倍体的胚乳。

由于以上几条确实是只有被子植物才具有的特点,单元起源论也成为现今大多数科学家所认可的理论。但是,被子植物如确系单元起源,那么它究竟发生于哪一类植物呢?对此,科学家们做了许多推测,比如:藻类、蕨类、松杉目、买麻藤目、本内苏铁目、种子蕨等。

这样一来被子植物的分类又出现了问题,有人说被子植物源于裸子植物,因此应将裸子植物和被子植物一同划归到种子植物的行列中,裸子植物和被子植物则分属两个亚门;也有人说被子植物是由蕨类植物进化出的全新物种,应以单独的一科对待。此外,不同的学者在被子植物中不同科植物出现的先后顺序以及亲缘关系上也存在着不小的争论。

19世纪以来,许多植物分类工作者为建立一个详尽、科学的分类系统而付出了巨大努力。他们根据各自的系统发育理论,提出的分类系统已达数十个。目前,克朗奎斯特系统在世界上最为流行,这是美国植物学家克朗奎斯特于1968年在其《有花植物的分类和演化》一书中发表的系统。

在1981年修订版中,共有83目,388科,其中双子叶植物64目,318科,单子叶植物19目,65科。而后文我们所介绍的不同科植物也将以克朗奎斯特系统作为分类标准。

植物的智慧

在人们的眼中,智慧往往会因其无法眼见、无法抓握而显得玄之又玄,然而,智慧又是可以感知的,于是人们就更加对其有了无限的向往。它让无数天资聪颖、勤奋好学之人趋之若鹜,他们起早贪黑,头悬梁、锥刺股,都希冀得到所谓的大智慧。他们甚至发出诸如“朝闻道,夕死可矣”之类的豪言以表达他们对智慧的渴求。

然而,智慧到底是什么呢?

随着科学的发展,我们发现植物其实是在与外界交流的,不仅仅是交流,它们甚至还在解决自身遇到的一系列问题。

1880年达尔文在研究植物的向光性时发现,对胚芽鞘单向照光,会引起胚芽鞘的向光性弯曲。切去胚芽鞘的尖端或用不透明的锡箔小帽罩住胚芽鞘,用单侧光照射则不会发生向光性弯曲。因此,达尔文认为胚芽鞘在单侧光下产生了一种向下移动的物质,引起胚芽鞘的背光面和向光面生长速度不同,使胚芽鞘向光弯曲。这就是着名的达尔文向光性实验,这也初步说明了一些植物体会向太阳的方向弯曲的原因。

到了1928年,荷兰人温特把切下的燕麦胚芽鞘尖放在琼胶块(一种类似于果冻,吸收性好的化学品)上,经过一段时间后,移去胚芽鞘尖把这些琼胶块放置在去尖的胚芽鞘的一边,结果有琼胶的一边生长较快。

这个实验证实了胚芽鞘尖端产生的一种物质扩散到琼胶中,再放置于胚芽鞘上时,可向胚芽鞘下部转移,并促进下部生长。后来温特分离出了鞘尖产生的与生长有关的物质,并把这种物质命名为生长素。同时,温特认为生长素在茎部向光面和背光面分布浓度的不均衡造成了这种茎部不等性的生长结果。

到了20世纪70年代,人们通过实验发现,在植物茎部参与生长的激素其实还有一种具有抑制植株生长的激素,科学家将这种物质称为抑制素。而植物茎部两侧之所以不均衡生长其实是由这种抑制素浓度控制的。科学家们发现,植物茎部的向光面和背光面生长素浓度差别并不大,只是由于向光面的抑制素浓度大于背光面浓度,因此背光面生长较快,植物体就向日光的方向生长了。

向性运动是植物体解决自身遇到的问题的过程。这其中包括了植物体感受器对外界刺激的感知、植物体内部激素的分泌运输等复杂过程。

其实,人在解决问题时也是通过自身的五感感知外界情况,之后再对外界环境做出反应的。只不过,人具有了一个特殊的器官——大脑。大脑是用来记忆各种解决方案,同时将这无数解决方案进行分析并且将之与当前问题关联,最终得到一个最优解决方案,之后再通过大脑协调人体各个器官来执行这条方案;而植物相对于人来说,由于缺少了大脑及随意移动的能力,就无法像人类一样通过多变的方式来处理外界的复杂问题。它只能对几个最关乎自身存亡的因素——光、水以及生长所必需的元素做出一些固定的反应。

然而,我们并不能够由于植物体的低等而小瞧它们。与人类相比,虽说植物体没有智慧的大脑来协调自身运作以及制订抵抗恶劣环境的计划,然而植物却有我们人类绝不敢奢望的身体结构。植物体是经过至少25亿年风雨洗礼走到今天的,比动物出现的时间早了15亿年。这15亿年的经历让植物体的组织结构高度精简,而历经数次严酷自然环境选择的植物,其族群的再生能力以及抗击天灾的能力更是动物所无法企及的。用形象的比喻来说,动物是以万变应万变,而植物则是以不变应万变。我们并不能将这两种不同生存方式分出一个高下,毕竟,活到最后才是活得最好。

花的责任

花,在人类世界是美好的象征,或艳丽或清新的花瓣迎风摇曳,或馥郁或清香的味道弥漫在空气中,带给了人们无数对美好的向往与遐想。但是,花自诞生之日起,作为一个植物体新型器官、植物界的一个奇迹、植物进化的一个新高峰,也有它本身的责任。

花是被子植物繁衍后代的器官。关于花的诞生,植物学界比较一致的观点倾向于将花当作植物体上一个节间缩短的变态短枝;而现在看来,花的各部分从形态、结构来看,具有叶的一般性质。首先提出这一观点的是德国诗人、剧作家与博物学家歌德,他认为花是适合于繁殖作用的变态枝。这一观点得到了化石记录以及很多系统发育与个体发育证据的支持,并且能较好地解释多数被子植物花的结构,因而延用至今。

一朵完整的花包括了6个基本部分,即花梗、花托、花萼、花冠、雄蕊群和雌蕊群。其中花梗与花托相当于枝的部分,其余四部分相当于枝上的变态叶,常合称为花部。花部中四部俱全的花称为完全花,缺少其中的任何一部分则称为不完全花。如南瓜花、黄瓜花,它们缺少雄蕊或雌蕊;桑树花、栗树花缺花瓣、雄蕊或雌蕊;杨树花、柳树花缺萼片、花瓣、雄蕊或雌蕊。

另外,在一朵花中,雄蕊和雌蕊同时存在的,叫做两性花,如桃、小麦的花;只有雄蕊或只有雌蕊的,叫做单性花,如南瓜、丝瓜的花;雌花和雄花生在同一植株上的,叫做雌雄同株,如玉米;雌花和雄花不生在同一植株上的,叫做雌雄异株,如桑。

风媒与虫媒

花本身只是植物用来繁衍后代的器官,雄花负责传播花粉,雌花负责接收花粉,孕育后代。

根据进化的观点来看,早期的花其实是植物枝条的一个变态结构,花的结构应该同叶非常相似,它的细胞中应该具有叶绿素,呈现绿色;花粉传播的方式也应该比较原始,是通过风力传播的,这相对于藻类和蕨类等低等植物来说,已经先进不少了。我们称这种利用风力作为传粉媒介的花为风媒花,如杨树的花。

风是自然界最多变的,想靠风精确地把花粉传给雌性花几乎是不可能的。于是被子植物们改造了自己的生殖器官,五颜六色、气味芬芳、内藏花蜜的各种花朵产生了。于是,昆虫们因为对颜色、花蜜特别喜爱便勤劳地在这些花上面飞来飞去采集蜜源,花粉也就更加精确地传播于雄蕊和雌蕊之间了。我们将这种靠昆虫传播花粉的植物称为“虫媒传粉植物”。

我们一般认为虫媒花是晚于风媒花出现的。

由于昆虫是有生命的,所以它们有可能同花达成一种“共生”的默契,此后但凡有花的地方,大都会有昆虫存在;这样,花儿们就不用为花粉无法传播而发愁,昆虫们也同样不用为自己的“口粮”而四处奔波了。

蔷薇科三杰——玫瑰、月季、蔷薇

我们常常用“花海”来形容花园中的花,这些花种类繁多,徜徉其中,令人如痴如醉。我们通常将这些种在花园中专门用来观赏的花称为“花卉”,但花卉所属的科并不多,大多集中于被子植物的蔷薇科、菊科、芍药科和兰科四大家族中。玫瑰、月季和蔷薇被称为“蔷薇科三杰”。

玫瑰——爱的鲜花

传说,众神之王宙斯在厄洛斯(即罗马神话中的丘比特)诞生之时创造了玫瑰这种植物,一是为了庆祝爱神的诞生,另外也是为了向众神炫耀自己无上的神力以及创造力。

玫瑰,又名徘徊花、刺玫花,属于蔷薇科、蔷薇属的落叶灌木。玫瑰本身具有粗壮的主根,枝条直立丛生,植株高可以达到2米。玫瑰的茎部健壮,表面布满了针刺和刚毛,其小枝则密生绒毛。玫瑰的花或单生或数朵聚生于叶腋,花托平滑,花朵有单瓣、重瓣或半重瓣之分,而花色则有紫红、粉红、白等少数几种色系。玫瑰的花具有浓郁的芳香。

花期根据各地气候的不同而异,通常在夏季开放。玫瑰的果实呈扁球形,砖红色。由于玫瑰的花期短,花色单一,除一些植物园和爱好者外,已很少被作为观赏花木栽培了,取而代之的是现代月季。

月季——以假乱真的“玫瑰”

月季属于我国的原生种,早在汉代就已经广泛栽培。18世纪前后传入欧洲,园艺学家用月季与玫瑰、蔷薇反复杂交,逐渐培育出现代月季。

现代月季简称月季,它不论在形态或遗传物质结构上,都已经与中国月季差异巨大。1867年培育成功的“天地开”杂种香水月季,是现代月季诞生的标志,该品种由法国人以中国月季与当地的欧洲蔷薇经数代杂交而成。