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第20章 植物的另类知识(3)

芸薹的后代有的向西亚中亚地区迁移,有的一直来到中国南方、中国北方,分别形成了芜菁、白菜、大白菜、油菜几个亚种。白菜亚种后来发生变异,又形成了乌塌菜、紫菜薹、薹菜等变种。而大白菜的变异也使其由散叶类型演化出了半结球变种和结球变种。大白菜的模式产地还是中国北京,以往它是北方人们冬天所吃的主要蔬菜种类。薹菜和紫菜薹不是一回事,它长得和胡萝卜十分近似,肉质根发达且花薹娇嫩。乌塌菜,也叫塌棵菜,主要分布长江流域,在春节前后收获,以经霜雪后味甜鲜美而着称。芜菁又名蔓菁、圆根、盘菜,现在欧亚北美广泛种植。芜菁甘蓝是芜菁和甘蓝的爱情结晶,我们也称之为洋大头菜或瑞典甘蓝。

芥菜迁居中国,演化出了根芥菜、茎芥菜、叶芥菜、薹芥菜、芽芥菜、子芥菜和芥蓝等变种。中国的四川、重庆地区是芥菜的分布中心。当地的人们用茎芥菜制作榨菜,已经名扬国内外。根芥菜,也叫大头菜、芥菜疙瘩,现在全国以至世界各地都在普遍种植,并用来腌制咸菜。雪里蕻(雪里红、雪菜)属于叶芥菜,可制作霉干菜。子芥菜当然是拿种子磨成芥末了。芥蓝,是中国特产蔬菜,主要分布于华南地区,和紫菜薹一样都是以肥嫩的花薹和嫩叶供食用,脆嫩香甜。

萝卜是芸薹、甘蓝、芥菜的表亲(不是一个属的),在蔬菜之家也很重要。虽然萝卜的变化之功仅仅体现在根上,但也演化出了许多的品种,数不胜数,例如大白萝卜、红萝卜、心里美萝卜等等。除此之外,蔬菜之家又出了不少新秀,比如荠菜等一些野菜。

蕃茄为何分酸和甜

人生存所需的能量、营养是通过“代谢”获取的;一旦某种“代谢途径”出了问题,健康就会受到影响。同样,由“代谢产物”决定的蔬菜、水果的营养、色泽、口感、抗病性等不同品质也是这样。同样是西红柿,有的皮厚耐贮藏;有的皮薄易烂;有的偏酸富含维生素C;有的偏甜口感好。到底是哪些“代谢物”引起的这些差异?谁是真正的控制因子?如何才能获得理想的品质?中外科学家的一项最新研究,首次在世界上揭开了植物代谢的奥秘。

中国农业科学院留荷学者、荷兰格罗宁根大学生物信息中心傅静远博士和荷兰瓦赫宁根大学的J.J.B.Keurentjes和C.H.R.deVos博士联手,创造性地将遗传基因组学的新理论,运用到代谢组学上。他们揭示出75%的代谢产物的差异性是遗传因素引起的,而不同生态型间的“代谢物”组成的巨大差别,表明了代谢物对提高植物对环境适应性有着重要作用,也决定了作物的营养、抗性和其他重要品质。

这一最新研究成果发表在英国出版的一期世界顶尖科学杂志《自然遗传学》上。

研究人员选用了被称作植物界的“小白鼠”拟南芥作模型。研究发现,类黄素代谢的新基因只存在生态型“Ler”中。

研究人员在对拟南芥14种生态型和160个“Ler”和“Cvi”生态型杂交形成的杂交重合体,进行了非特异性代谢产物分析后,共分离出2500种代谢化合物。其中,只有13.4%的代谢物存在所有14种生态型中,而706种代谢物是各生态型特有的,有853种代谢物只在杂交重合体中发生。

研究证实,在单一植物不同生态型中存在着显着的代谢差异,而杂交过程可以导致代谢物组成和数量上的变化。这一发现,对传统育种的代谢工程的改造和生物技术的发展有着重大意义。

用这种方法,研究人员全面掌握了代谢调控的主要基因位点,通过这些位点的筛选、变异,可大大提高育种效率。对全面、整体研究代谢途径提供了可能,并有助于发现新的代谢物和代谢途径。

此前,一直是对代谢途径作“窗口式”的研究,如今,用遗传学、生物信息学的方法,却打开了“一扇门”。

由此,寻找出水稻、小麦、玉米等粮食作物及各种蔬菜、花卉的同位基因,从而提高了育种效率以及加快了农业生物技术的进程。

《自然遗传学》评审称:“这项研究有着重大意义,是对代谢组学的重大推进。其研究结果表现的代谢调控是特异性、构成性、发展性和生理性的。”

该研究还对具有特异性的“未来农业”产生重要影响。比如,以后生产的水稻不再是单纯意义上的,人们可以选择最适合自己“代谢特质”的不同营养组成的大米。

黑色花卉为何稀少

植物花卉品种繁多,花色万紫千红,五彩缤纷,惟有黑花稀有少见。据统计,全球4100多万种植物中,只有8种开黑色花,植物界的黑花为何如此稀少?

据最新研究分析,黑色花稀少的根本原因,是太阳辐射与花卉本身的生理特点决定的。太阳光由7种不同颜色的有效光线组成,每种有色光线的光波长短不同,所含的热量也有明显的差异。在植物界中,红、蓝、橙、白色的花朵,能反射含热量高的有色光。使之免遭高温灼伤,具有自我保护的能力。而黑色花正好相反,吸收热量的能力强,可吸收太阳光的全部光波,使花体内部组织产生高温灼伤,难以生存。如此,经过长时间自然淘汰,黑色花也就固然难得了。

如何区别迎春、连翘和探春

迎春、连翘都是木犀科花木,有很多相似之处,例如都是落叶灌木,叶对生,花黄色,先开花后长叶等,但两者的区别也是明显的。迎春老枝灰褐色,小枝四棱状,细长,呈拱形生长,绿色。叶全为三出复叶,呈十字形对称生长,叶片较小,卵状椭圆形,全缘,先端狭而突尖。花单生、黄色,高脚碟状,着生于头年生枝条的叶腋间。

而连翘枝条为圆形,小枝浅褐色,茎内中空。常下垂,叶片较大,形至长椭圆形,上半部分有整齐的锯齿,下半部分全缘。单叶或3叶对生,其中顶叶较大,两侧叶小。花金黄色,花瓣较宽。迎春与连翘的主要区别是:迎春花的花每朵有6枚瓣片,连翘只有4枚;迎春的小枝绿色,而连翘的小枝颜色较深,一般为浅褐色;迎春花很少结实,连翘花结实。

迎春与探春虽也有许多相似之处,但两者的区别也是不难识别的。迎春的形态特征如上所述。探春为半常绿灌木。枝条绿色,光滑无毛,但有棱角。叶为互生奇数羽状复叶。小叶通常为3枚至5枚,卵形或长椭圆状卵形,先端尖。顶生聚伞花序,花冠金黄色,花形比迎春花稍大,花期比迎春花稍迟。两者的主要区别是迎春花的叶对生,而探春花的为互生;迎春花的花单生于头年生枝条叶腋间,而探春花为顶生聚伞花序。

植物的五大谜团

植物的“情感”之谜

1966年2月,有一个叫巴克斯特的美国人,他不是研究植物的学者,而是美国中央情报局的专家。有一天,他在给院子中的花卉浇水时,脑中突然闪出一个古怪的念头:用测谎仪的电极绑在植物叶片上,测试一下,看看水从根部上升到叶子的速度究竟有多快。结果他惊异地发现,当水徐徐上升时,电压渐渐下降,而指示曲线则急剧上升。更有意思的是,这种曲线图形,竟与人类在激动时测到的曲线图形相似极了。

难道植物也有“情绪”?如果真的有,那么它又是怎样表达自己的“情绪”呢?尽管这好像是个异想天开的问题,但巴克斯特却暗下决心,要通过认真的研究来寻求答案。

巴克斯特的研究引起了科学界的巨大反响,可是在当时,许多科学家认为难以理解,他们表示怀疑,甚至认为这种研究简直有点荒诞可笑。

不久之后,一位原先根本不相信植物有“感情”的科学家弗格博士,在一次实验中发现,当植物被撕下一片叶子或受伤时,会产生明显的反应。于是,弗格一改原来的观点,在一次科学报告会上指出,植物存在着一种可测量到的“心理活动”,通俗地说,就是植物会“思考”,也会“体察”人的各种感情,假如我们在这一领域进行更深入、更广泛研究的话,还可以按照性格和敏感性对植物进行分类,就像心理学家对人类进行分类那样。

几乎在差不多的时间,前苏联科学家维克多,在探索植物“感情”的研究中,又向前迈进了一步。他先用催眠术控制一个人的感情,将处于睡眠状态的试验者右手,通过一只脑电仪,与附近植物的叶子相连。随后,他对试验者说一些愉快或不愉快的事情,使试验者高兴或悲伤。这时,从脑电仪的记录仪看到,植物和试验者居然产生类似的反应。后来维克多还发现,当处于睡眠状态的人高兴时,植物便竖起叶子,舞动花瓣;当说起寒冷而使试验者浑身发抖时,植物叶子也会索索发抖;倘若试验者万分悲伤,植物便会沮丧地垂下叶子。

一连串神奇的新发现,使科学家们感到越来越难以理解,假如植物确实有丰富的“感情”,那么,它岂不是也会像人类那样产生活跃的“精神生活”?人们对这项研究的兴趣日趋浓厚。

1973年5月,加拿大渥太华大学生物学博士瓦因勃格,每天对一种叫莴苣的蔬菜做10分钟超声波处理,结果长势比没受处理的莴苣要好。后来,美国路易斯安那州的一名研究人员史密斯,有意对大豆播放《蓝色狂想曲》音乐,大约20天后,听音乐的大豆秧苗重量高出未听音乐的1/4。显然,植物喜欢听轻松愉快的音乐,也许正是这类音乐激发起了植物的某种“感情”,从而促使它们加快生长。

就算植物有“感情”,可它们又是怎样表达出来的呢?1983年,美国华盛顿大学两位生态学家奥律斯和罗兹,在研究受害虫袭击的树木时发现,植物在这样的情况下,不仅会产生“恐惧感”,而且还会往空中传播化学物质,对周围邻近的树木传递警告信息。

以上的发现,使我们对植物“感情”的认识大大加深了。最近,英国科学家罗德和日本中部电力技术研究所的岩尾宪三,为了能更彻底地了解植物如何表达“感情”的奥秘,特意制造出一种别具一格的仪器——植物活性翻译机。这种仪器非常奇妙,只要连接上放大器和合成器,就能够直接听到植物的声音。

根据大量录音记录的分析发现,植物似乎有丰富的感觉,而且在不同的环境条件下,会发出不同的声音。例如有些植物声音会随房间中光线明暗的变化而变化,当植物在黑暗中突然受到强光照射时,能发生类似惊讶的声音;当植物遇到变天刮风或缺水时,就会发出低沉、可怕和混乱的声音,仿佛表明它们正在忍受某种痛苦。在平时,有的植物发出的声音好像口笛在悲鸣,有些却似病人临终前发出的喘息声。还有一些原来叫声很难听的植物,受到温暖适宜的阳光照射后,或被浇过水以后,声音会变得较为动听。

研究越来越深入,视野也越来越开阔。可是,尽管有以上众多的实验证据,但关于植物有没有“感情”的探讨和研究,依然没有得到所有科学家的肯定。不过在今天,不管是有人支持还是有人反对、怀疑,这项研究已成为一门新兴的学科——植物心理学,进入到科学殿堂的大门。当然,正因为它是一门刚刚诞生的新学科,里面便有无数值得深入了解的未知之谜。

植物睡眠之谜

每逢晴朗的夜晚,我们只要细心观察周围的植物,就会发现一些植物已发生了奇妙的变化。比如公园中常见的合欢树,它的叶子由许多小羽片组合而成,在白天舒展而又平坦,可一到夜幕降临时,那无数小羽片就成对成对地折合关闭,好像被手碰过的含羞草叶子,全部合拢起来,这就是植物睡眠的典型现象。

有时候,我们在野外还可以看见一种开着紫色小花、长着三片小叶的红三叶草,它们在白天有阳光时,每个叶柄上的三片小叶都舒展在空中,但到了傍晚,三片小叶就闭合在一起,垂下头来准备睡觉。花生也是一种爱睡觉的植物,它的叶子从傍晚开始,便慢慢地向上关闭,表示白天已经过去,它要睡觉了。以上只是一些常见的例子,会睡觉的植物还有很多很多,如酢浆草、白屈菜、含羞草、羊角豆……

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,才得此芳名“睡莲”。

各种各样的花儿,睡眠的姿态也各不相同。蒲公英在入睡时,所有的花瓣都向上坚起来闭合,看上去好像一个黄色的鸡毛帚。胡萝卜的花,则垂下头来,像正在打瞌睡的小老头。更有趣的是,有些植物的花白天睡觉,夜晚开放,如晚香玉的花,不但在晚上盛开,而且格外芳香,以此来引诱夜间活动的蛾子来替它传授花粉。还有我们平时当蔬菜吃的瓠子,也是夜间开花,白天睡觉,所以人们把它俗称为“夜开花”。

植物睡眠在植物生理学中被称为睡眠运动,它不仅是一种有趣的现象,而且还是一个科学之谜。植物的睡眠运动会对植物本身带来什么好处呢?这是科学家们最关心的问题。尤其最近几十年,他们围绕着睡眠运动的问题,展开了广泛的讨论。

最早发现植物睡眠运动的人,是英国着名的生物学家达尔文。100多年前,他在研究植物生长行为的过程中,曾对69种植物的夜间活动进行了长期观察,发现一些积满露水的叶片,因为承受到水珠的重量而运动不便,往往比其它能自由自在运动的叶片容易受伤。后来他又用人为的方法把叶片固定住,也得到相类似的结果。在当时,达尔文虽然无法直接测量叶片的温度,但他断定,叶片的睡眠运动对植物生长极有好处,也许主要是为了保护叶片以抵御夜晚的寒冷。

达尔文的说法似乎有一定道理,可是它缺乏足够的实验证据,所以一直没有引起人们的重视。直到本世纪的60年代,随着植物生理学的高速发展,科学家们才开始深入研究植物的睡眠运动,并提出了不少解释它的理论。

起初,解释睡眠运动最流行的理论是“月光理论”。提出这个论点的科学家认为,叶子的睡眠运动能使植物尽量少遭受月光的侵害,因为过多的月光照射,可能干扰植物正常的光周期感官机制,损害植物对昼夜长短的适应。然而,使人们感到迷惑不解的是,为什么许多没有光周期现象的热带植物,同样也会出现睡眠运动,这一点用“月光理论”是无法解释的。

后来科学家们又发现,有些植物的睡眠运动并不受温度和光强度的控制,而是由于叶柄基部中一些细胞的膨压变化引起的。例如,合欢树、酢浆草、红叶草等,通过叶子在夜间的闭合,可以减少热量的散失和水分的蒸腾,起到保温保湿的作用,尤其是合欢树,叶子不仅仅在夜晚会关闭睡眠,在遭遇大风大雨袭击时,也会渐渐合拢,以防柔嫩的叶片受到暴风雨的摧残。这种保护性的反应是对环境的一种适应,与含羞草很相似,只不过反应没有含羞草那样灵敏。

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