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第4章 认识植物(3)

植物体是靠根,准确地说是靠根毛,像吸管一样吮吸土壤里的水,但是这与婴儿吮吸母奶可不大一样,因为婴儿吮吸的力量来自婴儿本身,根毛吮吸的动力来自两方面:当根内细胞液的浓度与土壤里水的浓度有差值,而且是细胞液的浓度必须大于土壤溶液浓度时,根毛才能顺利地把水吸收到细胞内,进入植物体,否则将出现相反的情况。植物体在获得水分的同时,也获得了溶解在水中的无机盐和有机物,保证植物生命活动的需要。

看,奇特的嘴的吃法当然也是与众不同的,它靠的是浓度差的力量或者说是根压的力量,把水吸入到体内的。

繁忙的茎

当我们在林中悠闲地散步或者风驰电掣般地穿行公路时,静静地矗立在旁边的树体内也在忙碌地进行着各种活动:从根部吸收的水分及无机盐要运送到叶部;叶部光合作用产生的有机物也要运送到根部和植物体的其他部位。那么连接根与叶的是茎,物质在茎内是通过什么进行运输的呢?

我们把一条带叶的杨树枝放在水里切断,然后迅速地移到滴有几滴红墨水的水里,在阳光照射下几个小时之后,再把枝条横向切断,这时观察一下断面,我们会看到断面上有殷红的斑点,再把枝条纵向剖开,会看到茎的剖面上有一条红色细纹。

这红色的细纹是植物体内水分的运输路径,这条路由根部开始,经过茎,再一直通过叶脉到达叶子各部分。在叶子里就是看得见的纵横交错的叶脉。

如果我们很细心的话,注意一下周围的树木,会惊奇地发现,有的树木的枝条由于树皮被破坏了一圈,在失去树皮的上方形成瘤状物,枝条的下部时间一久便枯死了。

原来在植物的茎内有两条公路:一条在韧皮部,是由一串串筛管上下连接而成的,它的运输方向是由上往下,即把叶子制造的营养物质运输到根部或其他部位,另一条路线在木质部,它是由叫做导管的细胞上下连接而成,它的运输路线是由下往上运输,也就是说,把根部吸收的水分和无机盐运送到叶部等。

组成导管的导管细胞由于细胞核、细胞质和横壁都消失了,上下彼此连接形成中空的长管,水分在里面可以畅流无阻,加上叶部蒸腾拉力作用和水分子之间的吸引力,水和无机盐可以源源不断地向上运输到植物体的各个部分,可真是与俗语水往低处流成了反照。水在导管中的输导速度是很快的,速度最快的为每小时45米,最慢的每小时也有5米,一棵草5~20分钟就能把水输导到顶端,高达几十米甚至上百米的树木,茎的输水能力就更大了。有人统计过,落叶树1平方厘米的木质横切面上,1小时可通过水量20立方厘米。

运输有机物的筛管由于横壁仍然存在,但横壁上出现很多的孔,通过孔上下筛管连通形成有很多关口的公路,运输速度也是很快的,大约每小时0.7~1.1米。叶制造的有机物30~60分钟就可运送到根部。

所以植物体内的两条公路是很繁忙的,运输量也是很巨大的。

植物腰身粗细的秘密

放眼我们周围的世界,看看挺拔而直指天穹的秀丽白杨、婀娜多姿的垂柳、迎着微风频频低头的小草,让人有一种直抒胸臆的温柔感。大树之所以挺拔,小草之所以迎风不倒,是因为它们都有坚强的脊梁——茎。植物的茎大都生长在地面上,负载着繁茂的枝叶、花、果实,还要抵挡风雨侵袭,因此,植物的茎具有强大的支持、抗御的能力。因此,茎的外形,大多数呈圆柱形。但有些植物的茎却呈三角形,如莎草;方柱形,如蚕豆、薄荷;扁平柱形,如昙花、仙人掌,所以貌看植物的茎单一,实际上也是变化多端的。

生长在地中海西西里岛埃特纳山边的一棵大栗树,恐怕是世界上最粗的树。它树干的周长竟有55米左右,要30多个人手拉手才能围住,树下部有大洞可供采栗人住宿或当仓库,传说它能容纳百骑而得名。美国加利福尼亚有一棵被叫做世界爷的巨杉,茎干粗大,若从树下开一个洞,可以让汽车或4个骑马的人通过,它的树桩,甚至可以当做舞台用。然而,我们常见的路边的小草,却是高不盈尺,茎细得只有几毫米。

那么,茎的粗细是由什么来决定的呢?

当春天来临,万物复苏,杨柳返青之时,你不妨截取一段粗细合适的杨树或柳树的茎,会很轻易地剥下树皮,你会发现剥下的树皮的内面是一薄层白色的柔韧的东西,这部分叫做树木的韧皮部。剥下树皮剩下的部分,坚硬呈白色叫木质部,占茎的大部分。你这时用手指摸摸韧皮部的内面或木质部的外面,你会发现,手指有一种滑溜溜的湿润的感觉,这是形成层,夹在韧皮部与木质部之间。形成层才是茎的粗细的决定者,因为这一层的细胞具有特别旺盛的分裂能力,少部分向外分裂的细胞形成新的韧皮部,主要是向内分裂的细胞形成新的木质部,新形成的韧皮部细胞,加在原有的韧皮部里面,新形成的木质部细胞加在原先形成的木质部外面。从茎的横切面上看,形成层就好像是一个大皮圈,木质部面积不断加大,皮圈也不断扩大外移,这样树木的直径也就随着加粗了。所以茎的粗细是由神奇的形成层决定的。那么草本植物的茎却如此之细,原因又何在呢?

原来草本植物的茎中没有像树木那样的绕茎一圈的形成层,它们茎内的形成层是一束一束的,像星星一样分散在茎当中。如果你看过玉米的茎的横切面,会看到在茎中分散着一个一个的小黄点,那便是形成层所在部位,这样的茎的加粗能力就很有限了。此外,草本植物生活周期很短,大多数在一个生长季节内就结束寿命,往往在它的茎还没有来得及加粗时,生命就结束了,所以它们的茎都很细。

绿色工厂

一位着名的生物学家曾说过:您给一个最好的厨师、足够的新鲜空气、足够的太阳光和足够的水,请他用这些东西为您制造糖、淀粉和粮食,他一定认为您是在和他开玩笑,因为,这显然是空想家的念头,但是在植物的绿叶中却能够做到。

叶子是怎样施展它那惊人的技艺的呢?原来,秘密发生在一个奇特的厂房里。这个厂房中有把太阳能转移到粮食、棉花、木材中的神奇的力量。

这个神奇的厂房便是绿叶的叶肉细胞中的叶绿体,一个叶肉细胞中有许多叶绿体,相当于许多厂房。叶绿体中含一种绿色的物质,是一种复杂的有机酸,叫叶绿素。植物就是利用叶绿素进行光合作用制造养料。叶绿体悬浮于叶肉细胞的细胞质中,不停地进行着生产,即光合作用。这个过程可以用一个简单的公式来表示:

公式的左边是工厂的原料,公式的右边是工厂的产品,公式正中是光合作用发生的条件,上面的光能是工厂的能源,下面的叶绿素是工厂的机器。

水来源于土壤,由根部吸收,经过茎中的导管到达叶脉中的导管进入叶肉细胞。

二氧化碳由叶吸收,在叶的表面有许多气孔,气孔是叶肉细胞与大气进行气体交换的门户,二氧化碳由气孔进入植物的叶并渗入叶肉细胞。

有了原料,机器叶绿素在能源光的启动下,就可以进行生产了,叶绿素的复杂结构和绝卓的技能超越了世界上任何先进机械。

这个工厂最初的产品是葡萄糖,它经过进一步转化变成淀粉,淀粉可以再转变成蛋白质和脂肪等。

自然界中的这一座座数也数不尽的微型绿色工厂,它的产品不仅养活了自己,也养活了世间的一切生物。而它的神奇之力直到今天,对于自然界中拥有最高智慧的人类来说还是一个谜、一个神话,人类渴望在叶绿体之外用自己建造的工厂合成出粮食来,当然也仅仅是用水、二氧化碳及光和叶绿素等。

这个美好的梦想决不是空想,它会在人类孜孜不倦的探索中一步一步实现。

自然界中庞大的生产者——绿叶

有人计算过,一个人活60岁,大约要吃进2万斤糖类,3200多斤蛋白质、200斤脂肪,这些食物从何而来呢?食物直接和间接来自绿色植物的光合作用。全球绿色植物进行光合作用,一年能制造的有机物达4000多亿吨,除了供给人类食用外,还能供一些工厂作原料。绿叶在制造有机物的同时,把光能转化成化学能贮藏在有机物里,每年绿叶的光合作用贮藏的能量相当于24万个三门峡水电站每年发出的电量,为人类在工农业、日常生活所需能量的100倍。目前最好的光电池的转换效率也只有15%~16%,而绿色植物的光合作用的转换效率一般达35%~75%,可见绿色植物充分利用太阳能甚至比原子核能效率还要高。绿色植物光合作用也是制造氧气的生产者。经过计算,1天中人要呼吸近2万次才能正常生活,一个人1昼夜要吸入体内的氧气,其体积相当于6寸高的篮球场那么大。全世界约有50多亿人口,再加上其他生物呼吸需要的氧气,数量是相当可观的。另外,人在吸进氧气的同时还要向外呼出二氧化碳,1个人1年能呼出约300公斤的二氧化碳,全世界50多亿人要呼出亿吨以上的二氧化碳,再加上煤、石油的燃烧,以及细菌、真菌在自然界的作用下放出的二氧化碳,足够地球上绿色植物的光合作用的需要。据统计,每年地球上的绿色植物放出的氧气达1000多亿吨(如果自然界绿色森林有计划地采伐和栽种,自然界氧气能够达到平衡),大气中的氧气量不过200多亿吨,按现有绿色植物光合作用的速度,大气中氧的来源是够人们利用的。

绿色植物的光合作用促进了大气中二氧化碳和氧气的循环,只有这样一切生物才能够生存。如果每人每天吸进075公斤的氧气,呼出09公斤的二氧化碳,有人计算过,城市居民每人只有10平方米的绿地(草坪、树木和花卉)面积,就可以消耗每人呼出的二氧化碳,并可从绿叶中得到每天每人所需的氧气。

迷人的叶

千姿百态的植物给人类带来了许多美好感受,而植物枝条上的片片柔绿或是浓翠或是嫣红的叶儿,也给人们带来了美的享受。

首先来说一说叶子的形状:松针尖利细长,像是万根绿针簇于枝条;枫叶五角分明,像天上的星星聚于树端;圆圆的落叶像一只只硕大的玉盘;田旋花似十八般兵器中的长戟;剑麻叶像一把把脱鞘而出的利剑;芭蕉叶像片片巨形青瓦,迎着雨声噼叭作响;灯心草叶像是一把缝鞋底用的锥子;银杏叶像是一把驱除炎热的折扇;智利森林里生长着一种大根乃拉草,它的一张叶片,能把3个并排骑马的人连人带马都遮盖住,像这样大的叶子,有两片就可以盖一个五六人住的临时帐篷。叶子的形态说也说不完,而每片叶儿都勾起人们无尽的遐想。

叶子生长的位置也非常有特色:有的是单片生长于茎上,有的则是成双结对,有的数片有规律地交错生长,有的紧贴在地面上。叶子相互错开的角度非常准确,有120°、137°、138°、144°、180°,从上往下看,可以看到片片叶子互相镶嵌又丝毫没有遮盖。叶子之所以如此巧妙地安排,一方面可使植物受力均衡,再者则是为了最大限度地感受阳光雨露,由此看来叶子还有对称之美。

夏天绿叶焕发出勃勃生机,秋天则是黄叶扑簌,那是另一种美。叶的世界真是美丽得很。

奇妙的叶

世界上的植物成千上万,也就有了各种形状的植物叶。而这些形状不一的植物叶子也就有了许多奇妙之处。

先说说思茅草,它的叶缘上有许多锋利的细齿,这是为了自卫用的,经受过它的自卫抵抗而被划破了手的鲁班,就因此受到启发而造出了世界上的第一把锯子。

生长在海边的椰树有十分宽大的叶子,为何在强大的风雨之中却安然无恙呢?原来它的叶子表面有一道道凸起或凹下的波纹。正是这些波纹使叶子能够承受较大的压力。这就好像是一张平纸不能承受住什么,但是把它折成折扇状,它就能承受重物的压力。

车前草十分常见,谁知在它的叶子中也存在着令人吃惊的秘密:它的叶子按螺旋状排列,而两片叶子的夹角竟都是137°30′,结果使所有的叶子都能照射到阳光。于是人们受到启发而建造了螺旋形的高楼,使得阳光能照进每一个房间。

玉米叶呈圆筒状,这也是有什么意义吗?原来,它使叶子更牢固,而不易被破坏。人们仿造它的形状建造起跨越海峡或大河的桥梁,竟坚实牢固得很。

由此可见,植物的叶子构造是十分巧妙的,这其中的意义也深远得多。

秋风扫落叶的秘密

一夜秋风,遍地黄叶,人便会平添几分惆怅。可你想过吗?为什么植物会落叶?谁是这幅萧条的秋景图的设计师呢?

早春,伴随着声声春雷,万物吐翠,嫩绿的枝芽慢慢展开了她的笑脸。如果说此刻的叶子尚处于旺盛生长的青年期的话,那仲夏的树叶便已到了壮年期,她们旺盛地进行各种代谢活动,为植物体维持生命和生长提供必要的能量。但万物有生必有死,叶子经过了她的青壮年以后,便开始步入暗淡的老年,开始衰老死亡了。

早在本世纪40年代,科学家们就认为叶子的衰老是由性生殖耗尽植物营养引起的。不少实验都指出,把植物的花和果实去掉,就可以延迟或阻止叶子的衰老,并认为这是由于减少了营养物质的竞争。如果有兴趣的话,你不妨做这样一个实验,在大豆开花的季节,每天都把生长的花芽去掉,你会发现,与不去花芽的植株相比,去掉花芽的大豆的衰老明显地延迟了。

但是,进一步观察,你会发现,并不是所有植物都是这样的。许多植物叶片的衰老发生在开花结果以前,比如雌雄异株的菠菜的雄花形成时,叶子已经开始衰老了。这样看来衰老问题并不是那么简单。

随着研究工作的逐步深入,人们现在知道,在叶片衰老过程中,蛋白质含量显着下降,遗传物质含量也下降,叶片的光合作用能力降低。在电子显微镜下可以看到,叶片衰老时,叶绿体遭到破坏。这些变化过程就是衰老的基础,叶片衰老的最终结果就是落叶。

从形态解剖学角度研究,人们发现,落叶跟紧靠叶柄基部的特殊结构——离层有关。在显微镜下可以观察到离层的薄壁细胞比周围的细胞要小,在叶片衰老过程中,离层及其临近细胞中的果酸酶和纤维素酶活性增加,结果使整个细胞溶解,形成了一个自然的断裂面。但叶柄中的维管束细胞不溶解,因此衰老死亡的叶子还附着在枝条上。不过这些维管束非常纤细,秋风一吹,它便抵挡不住,断了筋骨,整个叶片便摇摇晃晃地坠向地面,了却了叶落归根的宿愿。

说到这里,你也许要问,为什么落叶多发生在秋天而不是春天或夏天呢?是啊,为什么没有春风扫落叶呢?是因为秋风带来的寒意吗?

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