书城科普地球的绿色卫士:植物
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第4章 探寻植物的世界(3)

对所有的植物,可以根据能不能产生种子这个标准来划分为两大类群:种子植物和孢子植物。凡是能产生种子的称为种子植物,不会产生种子的称为孢子植物。

对于种子植物,我们还可以再分为两类,即被子植物和裸子植物。这两类植物的共同特征是都具有种子这一构造,但这两类植物又有许多重要区别。

被子植物的种子生在果实里面,除了当果实成熟后裂开时,它的种子是不外露的,如大家熟悉的苹果、大豆即被子植物。

裸子植物没有果实这一构造。它的种子仅仅被一鳞片覆盖起来,而不会被果实紧密地包被起来。如在马尾松的枝条上,会结出许多红棕色的松球,它由许多木质鳞片形成,它们之间相互覆盖。如果把鳞片剥开,可以看到每一鳞片下覆盖着两粒有翅的种子。不过,有些裸子植物,种子外面并没有覆盖的鳞片。如银杏,它的种子自始至终处于裸露状态。

中国拥有的植物资源

中国也是世界上植物资源最为丰富的国家之一,约有30000多种植物,仅次于世界植物最丰富的马来西亚和巴西,居世界第三位。其中苔藓植物106科,占世界科数的70%;蕨类植物52科,2600种,分别占世界科数的80%和种数的26%;木本植物8000种,其中乔木约2000种。全世界裸子植物共12科71属750种,中国就有11科34属240多种。针叶树的总种数占世界同类植物的37.8%。被子植物占世界总科、属的54%和24%。

北半球寒、温、热各带植被的主要植物,在中国几乎都可以看到。水杉、水松、银杉、杉木、金钱松、台湾杉、福建柏、珙桐、杜仲、喜树等为中国所特有。

水杉是一种高大乔木,被列为世界古稀名贵植物。金钱松产于长江流域山地,叶子簇生在短枝上,状如铜钱,春夏苍绿,秋天变黄,是世界五大庭园珍贵树种之一。

中国食用植物有2000余种,药用植物3000多种。长白山的人参、西藏的红花、宁夏的枸杞、云南和贵州的三七等,均属名贵药材。花卉植物种类极多,“花中之王”——牡丹,为中国固有,它花朵大、多瓣,色彩艳丽,被推崇为中国的“国花”之一。

植物的“睡眠”运动

含羞草或合欢草等豆科植物白天将叶子打开,傍晚它们又关上叶子“睡觉”。这种由叶子的开闭引起的植物“睡眠运动”自古以来就受到人们关注。最早的记录可追溯到公元前4世纪,亚历山大大帝命令他的部下调查“植物为什么睡觉”。到了18世纪,法国的生物学家发现,即使将含羞草置于没有阳光的黑暗洞穴里,在最初的几天它仍可以保持以24小时为一个周期的“睡眠运动”,也就是说它不受光等外部环境的影响。这说明在含羞草的体内存在着周期性运动的“生物钟”。

最早的植物运动研究

达尔文是最早对植物运动进行系统观察研究的科学家。他晚年时,一度被植物的多样性所吸引。他与儿子弗朗西斯一起仔细观察了300多种植物,在他去世前两年写了一本有关植物的睡眠运动、弯曲及旋转攀爬运动的巨著——《植物的运动》,该书已成为经典名著。

谁在控制植物的“睡眠运动”

那么,是谁在控制植物的周期性“生物钟”,让它们可以在短期内自动保持规律运动呢?科学家通过各种研究分析和实验,从植物中提取了几千种化合物,最终成功地分离出两种生理活性物质,并确定了它们的分子结构。一种是让植物叶片闭合的“睡眠物质”,另一种是让植物叶片张开的“觉醒物质”。植物的睡眠运动就是由这两种性质相反的物质控制。

“睡眠物质”与“觉醒物质”

由于事前谁也没有料到生理活性物质会是两个种类,科学家为此在分离过程中不知不觉使它们之间相互否定,没能很快发现生理活性物质。后来找到了正确区分睡眠物质与觉醒物质的方法,才获得成功。这种分离法研究了10年之久,它从十几千克的物质中最终分离出的生理活性物质仅仅为几毫克。

迄今为止,科学家已经从含羞草、决明属、叶下珠属、铁扫帚、合欢属5种豆科植物中各自成对地分离出了不同的“睡眠物质”与“觉醒物质”。每种植物的这些活性物质对于其他植物完全不起作用。这说明每种植物的生理活性物质都不一样,也说明了睡眠运动这种现象是在进化中的某阶段形成的。这一发现推翻了控制所有植物运动的生理活性物质都相同的假说。

植物为什么会有“睡眠现象”呢

植物为什么会“睡觉”呢?达尔文在《植物的运动》一书中说,这是“为了保护身体免受夜间低温的侵袭,所以采用闭上叶片的睡眠方法”。而20世纪70年代生物钟理论权威则认为,这是为了防止月光引起生物钟的复位。不管植物“睡觉”是为了躲避夜间的低温还是夜间明亮的月光,这些说法都缺乏实验上的科学依据,也就是说人们还没有制造出不“睡觉”的植物。

科学家们曾针对“一株铁扫帚”合成了能够强行阻碍其“睡眠”的物质,并将这种物质作用于“一株铁扫帚”。果然,它的叶片就张开了。但这种植物却因此患上了“失眠症”——叶片一直处于张开状态。由于长期“失眠”,这株植物受到了伤害,两周后完全枯萎。这一实验也证明了“睡眠运动”是植物生存不可或缺的生命现象。

奇姿异彩的斑叶

植物的叶片,历来都是以绿色为多。秋天,人们可以欣赏到绿、黄、红层林尽染的绮丽秋光景色。而现在,市场上涌现出一批斑叶植物,它们色彩斑斓,状似图案,似花非花,成为新崛起的奇花异卉。

彩色的叶子点缀着世界

生长在热带地区著名的观叶植物变叶木,它的叶子形状很多:有狮耳大叶的,也有鸭脚戟形的;它叶子上显现的叶斑,有黄斑、橙斑、粉红斑和褐色斑点,缀于绿叶之中;形状有条纹状的,也有斑点的,科学家们把这种斑点叫做“虎斑”。

花叶芋,有的绿叶上镶有红白色点,状如天空中的星星,相映生辉,这叫做“星斑”。有的绿叶上有殷红的线条,勾画出叶脉清晰的轮廓,这叫做“网斑”。

金边吊兰的叶子上镶有黄色的丝带状斑纹,更是别具特色,这叫做“缟斑”。

彩色毯兰的叶片上混有粉红、乳白和淡紫等色彩,仿佛是大理石上的云彩,既新颖又别致。

网纹草原产自秘鲁,原来叶上的叶脉都是白色,仿佛出自画家的工笔。后来,荷兰园艺家路比卡斯偶然发现了一株叶脉呈现红色的变种,他如获至宝,用它来进行细胞组织培养,培育出大量网纹草,由于物以稀为贵,独家专利,他由此而发了一笔大财。

蔓生的黄金葛,叶子绿中有黄,黄中间白,宛如一串翡翠,悬空而下,十分美丽。

白玉万年青打破了常见的万年青的格调,在叶片中央出现一片白玉般的色晕,更显得优雅脱俗。

此外,巴西铁、橡胶榕、彩叶芋、秋海棠、粗肋草、小凤梨,以及肉质的仙人球,都先后出现了许多鲜艳的斑叶新品种,使观叶植物的大家族更加绚丽多彩。

大自然的“魔术”

这些斑叶新品种,大多是通过自然变异,或人工引变得来的,往往千中得一。科学家对此进行了研究,初步揭开了这其中的奥秘。原来,这是叶片细胞中的色素耍的“魔术”。当叶绿素的生成机制受到阻碍失控,或者细胞产生了基因突变以后,花青素、叶黄素、胡萝卜素就乘机抬头露脸,于是叶面上就泛现出色彩斑斓的奇观。

这种植物的生理变化,还可以人为进行控制,通过物理、化学方法,如用X光照射来促使植物叶内发生突变或诱变,使叶片出现“叶斑”现象。科学家认为,不久的将来,人们一旦全面掌握了导致叶斑形成的新技术后,植物的观赏价值将越来越高,斑叶植物将大放异彩。

为何说“一叶知秋”

古书上说:梧桐能“知闰”、“知秋”。意思是说它每条枝上,平年生12叶,一边有6叶,而在闰年则生13叶。这是偶然巧合演绎出来的,实际上并没有这种自然规律。至于“知秋”却是一种物候和规律,“梧桐一叶落,天下皆知秋”,既富科学,又有诗意。

一夜秋风,满地落叶

初秋时节,激素脱落酸等物质聚积到树叶里,树叶便开始变色,树叶则将叶绿素、水、氮、磷、蛋白质和碳水化合物等有用材料送回树干、树根,自己等待枯萎死亡。与此同时,在叶梗部的一组特殊细胞也开始变得脆弱起来,于是,一遇风雨,它们就很容易被折断,从而叶落满地。一夜秋风之后,就是遍地枯叶。

为什么落叶总在秋天

其实,走在马路上就可以找到答案。仔细观察一下最为常见的行道树法国梧桐。你会发现,深秋时节,大多数的梧桐叶已落尽,而靠近路灯的树上,却总还有一些绿叶在寒风中艰难地挺立着。因此我们可以得出这样的结论,影响植物落叶的条件是光而不是温度。实验证明,增加光照可以延缓叶片的衰老和脱落,而且用红光照射效果特别明显;反过来,缩短光照时间则可以促进落叶。夏季一过,秋天来临,日照逐渐变短,是它在提醒植物——冬天来了。

但是还有很多问题依然在等待我们不断去探索、去研究。也许有一天,一夜秋风以后,推开窗户,人们见到的还是满园的绿色。

秋季的五彩叶

有些绿叶在天凉后会变红。北京的秋日,人们会去香山看红叶;南京的秋日,人们也喜欢到栖霞山欣赏“万山红遍”的美景。“霜叶红于二月花”,枫树、槭树、乌桕、黄栌、柿树等等,在霜降前后都会变得火红火红的。它们点缀着金色的秋天,吸引着无数游人,也把江山装扮得更加多娇了。

无论是黄叶、红叶,在冬日的寒风下,落叶树的叶子终究悉数掉落,只剩下光秃秃的树干。那么,四季常夏的热带地区,树叶是不是就不会飘落下来呢?不是的。热带的树木也会落叶。不过,它们落叶的时节并非都在秋季。在我国广东、云南、海南等地,许多树木就是在每年的2~3月才落叶的。“一叶知秋”的说法在这些地方并不适用;“一叶落而知天下秋”,那就更不合乎自然界的实际了。

你知道树叶的寿命吗

花草树木都有一定的生存年限,有的即使能活几千年、上万年,最终还是要死去。叶是植物体的一部分,它当然更不可能长存于世了。

树叶能生存多久呢

“秋风萧瑟天气凉,草木摇落露为霜”。大多数树木都是春生、夏长,到秋天就开始落叶了。

桃、李、杨、柳等树的树叶从春生到秋落,只能生存几个月,故被称为落叶树;油茶的树叶寿长两年;松柏的叶子可活3~5年;紫杉树叶可活6~10年;冷杉树叶为12年。

一些树的树叶构造紧密,外面往往还有角质层保护,所以能够长年不凋谢。不过它们也要落叶的,但因为它们是在老叶未落、新叶已生的情况下进行新旧交替,人们所看到的总是绿叶常在,因而称之为常绿树。包括松柏等在内的常绿树,树叶的寿命并不算长,远比树木本身短得多。

寿命最长的叶子

与植物体共生死的叶子也是有的,它就是百岁兰的叶子。百岁兰属龙舌兰科,生长在非洲的干旱地区。它个子不高,通常不过30厘米左右。茎甚粗壮,周长可达300多厘米。最奇怪的是一生只长两片叶子。每片叶子宽30厘米,长200多厘米。这两片叶子是与整个植株同生死的。百岁兰可活100多岁,百岁兰的叶子寿命也有100多岁,科学家说,它是植物界最长命的叶子。

最小的叶子

叶子中的小弟弟要算文竹的叶子了。这是种观赏植物,很多人家的“阳台花园”里就有它。如今见到的文竹,枝已变为叶状,就是叶状枝。它分枝既多且细,人们常常误认它的枝为叶。文竹也是有叶的,但已退化成为白色的鳞片,并且躲在叶状枝的基部。你若想见一见文竹叶的真面目,还得请放大镜来帮忙。