第2章 為什么樹干是圓柱形的——揭開植物生長的秘密
- 課本上讀不到的生物故事
- 李琳
- 6708字
- 2016-02-26 15:16:22
瓜子殼才是果實
園子里有幾棵向日葵和幾棵柿子樹,日出日落,向日葵的金色圓盤始終向著太陽轉(zhuǎn)。而那幾棵柿樹始終默默地站在園子的一邊,日復一日,直到秋風吹來了收獲的喜訊。
園子的主人把葵花籽收集起來,曬干后把它們炒熟后給孩子們吃。然后把柿子摘下來精心制作后放在陽光下晾曬。這個時候,最高興的莫過于葵花籽中的種子了,它不時地對包裹著它的瓜子殼喊道:“快放我出去,孩子們最喜歡我了。”
瓜子殼沉默不語。
種子繼續(xù)大喊:“你聽見了沒,你對我一點好處都沒有,真是要憋死我了。”
瓜子殼終于開口了:“你別這樣說,如果沒有我的保護,你會發(fā)霉、會爛掉的。”
種子“哧”的一聲笑了,它嚷道:“你這個壞家伙,我可是一顆健康的果實。健康的果實!聽到?jīng)]有,誰要你來保護,哼。”
“你是種子,我才是果實。”瓜子殼依舊慢吞吞地說。
“你?搞沒搞錯?你有肉可以讓人吃嗎?你真是令人討厭,快放我出去!”種子吼道。
一直在另一個盤子里躺著的柿子忍不住了,它大聲說道:“你這個小不點,嚷什么,你不是果實,瓜子殼才是呢。它為了保護你才變成這個樣子的。這是千真萬確的,不信你問問蘋果大哥,它見多識廣。”
“你確實不是果實,果實是由子房發(fā)育而成的,而你只是由胚珠發(fā)育成的種子。”蘋果慢條斯理地說。
種子沉默了,它似乎明白了什么。原來,要想?yún)^(qū)分種子和果實,需要從果實和種子的形成過程談起。植物生長到一定階段,就要傳粉、受精和繁殖后代。雌蕊受精以后,花的各部分便發(fā)生顯著變化:花萼(è)和花冠一般都枯萎了,雄蕊和雌蕊的柱頭也都萎謝了,只剩下子房。隨后,子房里的胚珠發(fā)育成種子。同時,子房也跟著長大,發(fā)育成為果實。因此,要想?yún)^(qū)分是果實還是種子,就必須先知道它是由花的哪一部分發(fā)育而成的。
世界上第一粒種子的媽媽
我們腦中經(jīng)常會有這樣的疑問:我是從哪來的?從媽媽肚子里來的。媽媽是從哪來的?從姥姥肚子里來的。那姥姥是從哪里來的?從……有一天,一棵小黃豆苗也問了路邊的馬尾草同樣的問題。
馬尾草告訴小黃豆苗,它曾聽研究組的同志說過這個問題。研究組的同志說:經(jīng)過科學家的大量研究發(fā)現(xiàn):種子是由非生命物質(zhì)氮、氫、氧、碳四大元素演化而來的。那是距今60億年前,當時地球上沒有任何生命現(xiàn)象,只是被含上述四種元素的氣體所包圍,伴隨著環(huán)境的變化,這四種元素不斷地進行著化合、分解等各種化學變化。
到了30多億年前,地球上出現(xiàn)了細胞,但那時的細胞沒有細胞核。又經(jīng)歷了大約20億年,細胞才具有完整的細胞核。大約在三、四億年前,地球出現(xiàn)陸地,隨著陸地植物的不斷進化,有些植物開始用孢子繁殖。孢子植物開始時不分雌雄,后來,植物中出現(xiàn)了大小不同、雌雄有別的兩種孢子,雌孢子和雄孢子結(jié)合,就發(fā)育成種子,世界上的第一粒種子就這樣誕生了。
聽完馬尾草的敘述后,小黃豆苗高興極了,因為它終于弄明白了自己最早最早的祖先是誰。
給植物種“牛痘”
人會生病,植物也一樣會生病,植物的病蟲害會給農(nóng)業(yè)和林業(yè)帶來嚴重的危害。為了確保農(nóng)業(yè)豐收和森林繁茂,植物防病治病的新方法、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。給植物種“牛痘”就是一個好辦法。
眾所周知,蚜蟲是植物的大敵。如何對付蚜蟲,一直是個令人頭痛的問題。不久前,科學家發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象,那就是蚜蟲特別害怕銀灰色光。根據(jù)這個特點,科學家為植物配制了銀色的塑料薄膜劑,噴灑到植物身上,就好像給它們穿上一件“隔離衣”,使蚜蟲再不敢來騷擾了。
森林和農(nóng)田中,也經(jīng)常會出現(xiàn)許多可怕的流行疾病,病毒通過昆蟲攜帶,到處傳播。為了及早預防病害的蔓延流行,植物學家發(fā)明了給植物“驗血”的方法,使人們能迅速發(fā)現(xiàn)植物發(fā)病的早期癥狀。
這種方法和人類驗血差不多。首先把農(nóng)田和森林中各種能傳染疾病的昆蟲磨成漿,取出里面的汁液,然后再滴到病毒抗血清中進行檢測。如果昆蟲帶有病毒,就會發(fā)生一種特殊的血清反應(yīng),既靈敏準確,又快速有效。
根據(jù)檢測的結(jié)果,植物學家為了防止植物患病,創(chuàng)造出“種牛痘”的新方法,它同人類種牛痘的原理有些相似。植物學家用各種誘導因子給幼苗接種,就像接種“牛痘”一樣,使植物獲得整體免疫,從而能抵抗各種病害。因為植物病毒會互相干擾,如果植物體內(nèi)已經(jīng)有了一種病毒,它的結(jié)構(gòu)與有害病毒的很相似,就能使植物產(chǎn)生抗體,對付有害病毒。
植物也有血型
有一天,日本的一個警察局中,響起了一陣陣急促的電話鈴聲,有人報告一位婦女在家中被人謀殺。
10分鐘后,經(jīng)驗豐富的法醫(yī)山本茂隨同警察趕到現(xiàn)場,對死者的血型進行化驗。在化驗的過程中,他腦海中突然閃現(xiàn)出一個有趣的想法,于是他順便化驗了一下死者枕頭內(nèi)的蕎麥皮,化驗的結(jié)果讓他驚奇地發(fā)現(xiàn),蕎麥也有與人類相似的血型——AB型,這是多么不可思議的新鮮事啊!
誰都知道,植物和動物是兩大類截然不同的生物,但隨著對植物科學的深入研究,人們不僅了解到植物有血型,后來又發(fā)現(xiàn)在植物體內(nèi),還存在著許多其他有趣的動物現(xiàn)象。
最早發(fā)現(xiàn)植物血型的人,就是日本法醫(yī)山本茂。后來,他收集了600多種植物的種子和果實,還專門進行ABO系血型的廣泛調(diào)查,然后他將這些植物按照不同的血型分別歸類。比如,葡萄、山茶、山槭、蕪菁等植物屬O型植物;桃葉珊瑚等屬于A型植物;而扶芳藤、大黃楊等被歸到B型植物;此外,它還把蕎麥、李樹、珊瑚樹、地錦槭等歸屬到AB型植物。
當然,植物體內(nèi)的汁液與人體中的血液有所不同,這兒指的血型物質(zhì),實際上主要是汁液中精蛋白一類成分,與人體內(nèi)的血型物質(zhì)相似。今天,這種新奇的研究方法,成為一種新的植物分類方法——植物血清分類法的重要依據(jù)。
植物也是有語言的
過去人們都以為,植物個個是啞巴,是在無聲無息中度過一生的。后來植物學家們研究發(fā)現(xiàn),植物是有語言的。做實驗時,他們制造了一種高靈敏的傳聲器,用來傾聽植物的語言。這種傳聲器聽到了從植物根部發(fā)出的不同聲頻、不同高低的聲音振動。
有趣的是如果將這種振動翻譯成人類語言,便是:“渴死我了!”“餓死我了!”這是因為植物的根在缺水或缺營養(yǎng)的時候,能自動發(fā)出微弱的聲音來。植物學家們通過這種探測器,傾聽到植物的聲音后,便可及時灌水、施肥,使植物長得更好。
植物的語言有時又通過施放信息物質(zhì)來表示。可以說,在地球上,植物是第一個進入信息時代的。科學家們發(fā)現(xiàn),不少植物在遇到危險時,能發(fā)出SOS求救信號。美國、荷蘭的科學家發(fā)現(xiàn),玉米便能在遇到毛蟲攻擊時,發(fā)出SOS信號,向昆蟲騎士呼救。例如,科學家們通過研究證明,當玉米葉被毛蟲啃食時,被啃食的玉米葉和未被啃食的玉米葉,都會釋放出一些能揮發(fā)的化學信息物質(zhì)。這些化學信息物質(zhì)是幾種萜源化合物的混合物。寄生蜂通過這種化學信息物質(zhì),接收到玉米發(fā)出的呼救信號后,就會循跡而來,找到毛蟲,然后向它們發(fā)動攻擊,使玉米獲救。當然,寄生蜂并非真正是行俠仗義的騎士,只是因為毛蟲身體是寄生蜂最佳的寄生生育場所而已。
研究還證明,不僅玉米,許多農(nóng)作物在遭到毛蟲危害時,都會發(fā)出SOS求救信號,引來昆蟲救援。
灰熊溫暖的木房子
冬天就要到了,胖胖的大灰熊急著找一個過冬的地方。最終,它找到了一個大樹洞,藏在里面美美地睡了一整個冬天。
當春天來臨的時候,大灰熊鉆出了樹洞,他伸了個懶腰,卻突然發(fā)現(xiàn)這個大樹雖然空心了,卻仍然像往常一樣發(fā)出了很多嫩芽。
大灰熊想了半天也沒弄明白,于是就問站在樹枝上的灰喜鵲這究竟是怎么回事,灰喜鵲告訴它:植物體內(nèi)有兩條運輸營養(yǎng)物質(zhì)的運輸線,一條是位于樹皮里面韌皮部中的篩管,它把葉片通過光合作用制造出來的有機物,向下輸送到根部以及植物的全身,只要樹皮在,這條運輸線就是暢通的;另一條是導管,能把根從土壤中吸收來的水分和鹽,向上運輸?shù)饺~片及植物的全身,它位于樹皮以內(nèi)的木質(zhì)部里。空心的樹干只是損失了一部分木質(zhì)部和髓,靠近樹皮的新生木質(zhì)部仍然還保留著,所以,導管這條運輸線仍然是通暢的。可是,如果樹干掉了大片樹皮,第一運輸線也就全部或大部分被切斷了,樹根得不到足夠的有機物,樹就有被“餓死”的危險了。不久以后,上面的枝葉也會因沒有了水分和鹽,而枯萎死亡。
這就是人們常說的“樹怕傷皮不怕空心”的道理。但是有些樹的樹皮有很高的經(jīng)濟價值,比如杜仲等的樹皮可制作中藥,紅豆杉的樹皮還可提取稀有的抗癌藥物。所以有很多不法分子為利益所驅(qū),大量地剝樹皮,造成眾多樹木死亡。
所以,當我們遇到這樣的人時,就要盡量勸阻他們不要傷害樹木。
樹木的年齡“證書”
古時候,有人說他發(fā)現(xiàn)了千年古木,人們都不相信,但誰也沒辦法證明。這時,一個木匠站出來說,只要砍下樹來,數(shù)一數(shù)它的年輪就行啦。人們照他說的去做,果然戳穿了那個人的謊言。
很多時候,人們都是通過年輪來計算樹木的年齡。
這是因為,在樹木莖干的韌皮部內(nèi)側(cè),有一圈細胞生長特別活躍,能夠形成新的木材和韌皮組織,被稱為形成層,樹干增粗全靠形成層的力量。這些細胞的生長情況,在不同的生長季節(jié)中有明顯的差異。春天到夏天的天氣最適于樹木生長,因此,形成層生長迅速,產(chǎn)生的細胞體積大,纖維較少,輸送水分的導管數(shù)目多,稱為春材或早材;到了秋天,由于形成層細胞的活動逐漸減弱,產(chǎn)生的細胞當然也不會很大,纖維較多,導管數(shù)目較少,叫做秋材或晚材。
早材和晚材合起來成為一圓環(huán),就是樹木一年所形成的木材,也就是年輪了。根據(jù)樹木年輪的圈數(shù),我們就很容易知道一株樹的年齡了。
為什么樹干是圓柱形的
森林里有一棵特別不安分的大樹,它常常想變得與眾不同。每當它環(huán)顧四周,發(fā)現(xiàn)自己和別的大樹長得都一樣時,它就會唉聲嘆氣。它也不時地自言自語或是把自己的想法告訴同伴,因此同伴們都管它叫“夢想家”。
這位“夢想家”每天晚上都會做夢,夢到各種稀奇古怪的事情,比如它夢見自己長著翅膀能飛啦,或是背著行囊去旅行啦,等等。一天晚上它像往常一樣進入了夢鄉(xiāng),它又開始做夢了,這次它夢見自己變成了棱角分明的立方體。它高興極了,因為發(fā)現(xiàn)自己終于可以同周圍的伙伴分開了,自己真是與眾不同了。正當它扭動腰肢、自我欣賞之際,狂風大作,這時候它發(fā)現(xiàn)任憑自己怎么努力也站不穩(wěn)腳。不多會兒,它就被連根拔起。風停了,太陽出來了,它卻再也站不起來了。大樹嗚嗚地哭著從夢中醒來,同伴們都紛紛來安慰它,問它究竟發(fā)生了什么事情。大樹抽泣著把自己的夢告訴了同伴們。
聽完它的話,一棵年齡比較大的樹爺爺說話了,他說:“孩子們,你們知道樹干為什么都是圓柱形的,而不是三角形、四邊形、五角形嗎?這樣自然是有它的道理的。首先,圓柱形的結(jié)構(gòu)具有最大的支撐力,因為所有的形狀中,圓柱形的支撐力最強;其次,圓柱形的樹干不存在棱角,也就不容易受到摩擦,而且它還能避免動物大肆啃食;另外,由于樹干是圓柱形的,無論哪個方向來的風,都能一視同仁地讓它們繞過去,所以圓柱形樹干的抗風能力也最強。
“所以,我們的祖先就選擇了這個形狀。此外,我們能防風固沙、防止水土流失,還能制造氧氣、消除噪音等,保護地球環(huán)境……”
樹爺爺說完之后,大家都沉默了,那位“夢想家”也靜靜地沉思起來。
無土也可以栽培植物
19世紀末期,美國大文豪馬克·吐溫曾來到地中海東岸的巴勒斯坦。他并沒有見到《圣經(jīng)》中所描繪的“到處流著奶和蜜”的繁榮景象,相反,那里滿目瘡痍的破敗狀況使他震驚不已。后來他以近乎絕望的筆調(diào)寫道:“在世界上最凄涼的地方當中,巴勒斯坦當屬首屈一指,這里寸草不生,沒有希望。”然而,20世紀末,以色列人民卻在這塊荒漠中創(chuàng)造了人間奇跡,以色列也一樣成為世界農(nóng)業(yè)強國。它的成功秘訣之一就是大規(guī)模地進行無土栽培。
早在19世紀中葉,有的科學家提出過不用土壤栽培植物的設(shè)想。但是,這種設(shè)想當時被人們嘲笑為癡人說夢。1929年,科學家終于在不用土壤而只用營養(yǎng)液的情況下種出了一株7.5米高的西紅柿,收獲了14千克果實,轟動了全世界。
無土栽培的原理其實很容易被人理解,我們知道,植物種在土壤里,主要是利用里面所含的水分和養(yǎng)料。如果我們能為植物提供足夠的水分和養(yǎng)料,那么植物就可以離開土壤而生長發(fā)育了。這就是無土栽培的原理所在。
有了無土栽培法,就可以在沒有肥沃土壤的地區(qū),例如貧瘠的山區(qū)和遙遠的海島,以及在不適宜栽培某種作物的季節(jié)里,栽培出人們所需要的蔬菜和瓜果等。
無土栽培法幾乎可以用于一切農(nóng)作物。它不會污染環(huán)境,長出來的作物也不會被環(huán)境污染。此外,無土栽培法能節(jié)約土地種植面積,不使用有機肥料,無臭味。它用水經(jīng)濟,不受旱澇威脅,而且生長速度較快。說不定不久的將來,這種方法就會被廣泛使用。
【科學實驗室】
【實驗一】會走迷宮的黃豆苗
關(guān)在鞋盒子里的黃豆苗居然會“走迷宮”!
你需要準備的材料
3粒黃豆,1只有蓋子的鞋盒,1個紙杯子,一些培用土,1把剪刀,1張厚紙板,1卷膠帶紙。
實驗步驟
1.將紙杯里裝滿培用土。
2.把黃豆種子種在杯中的泥土里,并給泥土澆水,等待種子發(fā)芽(大約5至7天)。
3.剪下兩張厚紙片,紙片的大小要可以放入鞋盒。
4.用膠帶紙把厚紙片粘在鞋盒子里做成迷宮。
5.用剪刀在盒蓋的一端鉆一個洞。
6.當黃豆芽鉆出土后,將紙杯子放在紙盒子里的一端。
7.蓋上鞋盒蓋,使蓋子上的洞在紙杯子相反的一側(cè)。
8.每天打開鞋盒蓋,觀察黃豆芽的生長情況,如果泥土變干了,就要澆一些水。過一陣,你就會發(fā)現(xiàn),黃豆的莖會在盒子里繞過厚紙片彎曲生長,并且會從鞋盒蓋上的洞里伸出來。
實驗大揭秘
植物都具有“趨光性”,會朝著有光的方向生長。在植物莖的背光一側(cè),植物生長素會在這里聚集,從而使植物的細胞變長,生長較快。所以,莖就會朝著有光的方向彎曲。
科學小常識
向日葵是趨光性十分明顯的植物。向日葵的莖部含有一種奇妙的植物生長素。這種生長素非常怕光,一遇光線照射,它就會到背光的一面去,同時它還刺激背光一面的細胞迅速繁殖,所以,背光的一面就比向光的一面生長得快,使向日葵產(chǎn)生了向光性彎曲。
【實驗二】植物的葉子也會呼吸
植物的葉子也會呼吸,你知道它們是用哪一面來呼吸的嗎?
你需要準備的材料
1株盆栽觀葉植物,1瓶凡士林。
實驗步驟
1.在盆栽植物的3片葉子的正面涂上一層厚厚的凡士林。
2.在另外3片葉子的背面涂上一層厚厚的凡士林。
3.每天觀察一次,連續(xù)觀察一個星期以后,你會發(fā)現(xiàn),背面涂有凡士林的葉子會枯萎,而正面涂有凡士林的葉子卻沒有什么變化。
實驗大揭秘
葉子的背面有很多氣孔,二氧化碳和氧氣就是從這些氣孔里進出的。當葉子的背面被涂上了凡士林以后,氣孔都會被堵住,葉子進行光合作用所需要的二氧化碳就無法進入葉子里;同時,堆積在葉子里的氧氣也無法排出來,葉子就枯萎了。而葉子的正面沒有氣孔,因此在葉子的正面涂上凡士林對葉子的生長沒有影響。
科學小常識
夏天烈日下,植物氣孔關(guān)閉,蒸騰作用減弱,那葉子是如何降溫呢? 植物體內(nèi)水分很多,而水的比熱容較大,因此即使在一段時間的高溫條件下,植物也不會因此而有過大的不良反應(yīng)。但由于氣孔關(guān)閉,蒸騰作用受抑制,植物很難吸收水分,而植物體內(nèi)水分會從皮層縫隙蒸發(fā),但不能帶走很多熱量,因此植物體溫度會暫時升高。不過夏季烈日條件時間不會太長,因此植物不會有多少危險。
【實驗三】誰在操縱扁豆的生長方向
播種時種子的方向和種子的生長是否有關(guān),你知道是誰在“操縱”植物的生長?
你需要準備的材料
4粒扁豆,1卷膠帶紙,1個玻璃杯,1支筆,一些紙巾。
實驗步驟
1.將幾張紙巾卷成筒狀,并貼著玻璃瓶的內(nèi)壁放入杯中。
2.將幾張紙巾揉成團塞在玻璃杯內(nèi),使前面放下去的紙巾緊貼著玻璃杯。
3.在玻璃杯的外側(cè)貼上一圈膠帶紙,并在膠帶紙上標出表示上、下、左、右這4個方向的箭頭。
4.在杯子內(nèi)每個箭頭的下方分別放1粒扁豆,每粒扁豆的種臍都朝向箭頭所指的方向。
5.向杯子里的紙巾灑一些水,使紙巾有些濕,千萬不要弄得太濕。
6.一直使紙巾保持潮濕狀態(tài),一個星期后,你會發(fā)現(xiàn),無論扁豆放置的方向如何,長出來的根都是向下生長的,而莖都是向上生長。
實驗大揭秘
植物生長素的濃度對不同器官的影響不一樣。根對生長素濃度的反應(yīng)敏感,而莖對生長素濃度的反應(yīng)敏感性較差。對于莖來說,靠近地面的一側(cè)生長素的濃度較高,細胞生長較快,而遠離地面的一側(cè),生長素的濃度較低,細胞生長較慢。這樣一來,莖就背著地面向上彎曲,表現(xiàn)出負向重力性。然而,對于根來說,由于它對生長素的反應(yīng)敏感,較高濃度的生長素會抑制根的生長,因此當靠近地面的一側(cè)生長素的濃度較高時,細胞的生長受到抑制,而遠離地面的一側(cè),卻由于生長素的濃度較低而使細胞的生長加速。這樣一來,根就向下彎曲,表現(xiàn)出正向重力性。
科學小常識
由于植物的根莖具有上述特性,所以我們在播種時,可以不管種子的姿態(tài),這就為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了很大的方便。另外,植物的根向土壤深處生長,不僅可以把植物體固定下來,而且還便于根從土壤中吸收水分和無機鹽。而禾谷類作物倒伏后,它的莖節(jié)向上彎曲生長,可以保證植株的生長發(fā)育正常進行。