大多數(shù)熱帶和亞熱帶的植物，像可可的種子，從母體中取出35小時(shí)以后，就失去了發(fā)芽能力。甘蔗、金雞納樹和一些野生谷物的種子，最多只能活上幾天或幾個(gè)星期；橡樹、胡桃、栗子、白楊和其他一些溫帶植物種子的生命力，都不能保持很久。

這些植物種子的壽命為什么這樣短呢？

早在很久以前，科學(xué)家們就對(duì)這個(gè)問題發(fā)生了興趣，但這是一個(gè)極其復(fù)雜的問題，直到現(xiàn)在，學(xué)者們還沒有取得一致的意見。

有的科學(xué)家認(rèn)為，有些植物種子容易死亡，是由于脫水干燥的原因。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，某些柳樹種子如果暴露在空中，在一個(gè)星期內(nèi)就完全喪失了生命力。但放在冰箱里，在相對(duì)濕度只有13%的干燥大氣中，它們至少能活360年。所以，有些科學(xué)家不同意這樣的說法。

還有的學(xué)者認(rèn)為，生長(zhǎng)在熱帶或亞熱帶的植物種子，它們的壽命所以這樣短，是因?yàn)闊釒У挠晁渥悖偌由咸鞖鉄幔N子的新陳代謝旺盛，種子里貯存的一點(diǎn)兒養(yǎng)分，很快就被消耗完了，由于沒有充足的養(yǎng)分，也就維持不了種子的生命活動(dòng)，從而失去了生命力。

另外一些科學(xué)家認(rèn)為，在壽命短的種子中，有的含有大量脂肪，像可可、核桃、油茶什么的，由于新陳代謝的關(guān)系，脂肪轉(zhuǎn)化的過程中可能會(huì)產(chǎn)生一種有毒物質(zhì)，會(huì)把種子里的胚殺死，或者使種子變質(zhì)。像花生、核桃放久了，有一股哈喇味兒，就是這個(gè)原因。

也有一些人認(rèn)為，有的植物種子壽命短，是因?yàn)榉N子胚部細(xì)胞里的蛋白質(zhì)分子失去活動(dòng)能力，以致完全凝固而不能轉(zhuǎn)化。另一部分人認(rèn)為，由于種子內(nèi)部的酶失去作用，不能分解復(fù)雜物質(zhì)，胚部得不到養(yǎng)分，種子也就失去生命力了。

近年來，越來越多的科學(xué)家認(rèn)為，這些種子所以壽命短，主要是由于種子胚部細(xì)胞核的生理機(jī)能逐漸衰退造成的。

白堊紀(jì)

“白堊紀(jì)”一詞由法國(guó)地質(zhì)學(xué)家達(dá)洛瓦于1822年創(chuàng)用。位于侏羅紀(jì)和古近紀(jì)之間，約1億4550萬(wàn)年（誤差值為400萬(wàn)年）前至6550萬(wàn)年前（誤差值為30萬(wàn)年）。白堊紀(jì)是中生代的最后一個(gè)紀(jì)，長(zhǎng)達(dá)7000萬(wàn)年。在這一時(shí)期，大陸之間被海洋分開，地球變得溫暖、干旱。開花植物出現(xiàn)了，與此同時(shí)，許多新的恐龍種類也開始出現(xiàn)，包括像食肉牛龍這樣的大型肉食性恐龍。恐龍仍然統(tǒng)治著陸地，像飛機(jī)一樣的翼龍類，例如披羽蛇翼龍?jiān)谔炜罩谢瑁薮蟮暮Ｉ佬袆?dòng)物，例如海王龍統(tǒng)治著淺海。最早的蛇類、蛾、和蜜蜂以及許多新的小型哺乳動(dòng)物也在這一時(shí)期出現(xiàn)了。而白堊紀(jì)—第三紀(jì)滅絕事件是地質(zhì)年代中最嚴(yán)重的大規(guī)模滅絕事件之一，包含恐龍?jiān)趦?nèi)的大部分物種滅亡。

堅(jiān)硬如鐵的“神木”

彼得大帝的座船為什么不怕土耳其的炮彈？是用什么材料做的？原來，這艘戰(zhàn)艦就是用沃羅涅日的神木做成的。神木為什么這么堅(jiān)固？當(dāng)時(shí)，人們并不知道其中奧秘，只知道這是一種帶刺的橡樹，木材的剖面呈紫黑色，看上去平平常常的，一點(diǎn)也沒有什么出奇之處。

從亞速海戰(zhàn)說開來

世界上的木材有軟有硬，軟的如棉，硬的如鐵。人們把堅(jiān)硬無比的木材喻為“鐵木”，或稱為“神木”。“神木”刺橡樹生長(zhǎng)在俄羅斯西部沃羅涅日市郊外。說起神木的神奇之處，還得從300多年前發(fā)生的一場(chǎng)著名海戰(zhàn)說起。

公元1696年，在當(dāng)時(shí)俄國(guó)和土耳其交界的亞速海面上，爆發(fā)了一場(chǎng)激烈的海戰(zhàn)。海面上炮聲隆隆，殺聲震天。俄國(guó)彼得大帝親自率領(lǐng)的一支艦隊(duì)，向?qū)嵙π酆竦耐炼浜＼娕炾?duì)發(fā)起了進(jìn)攻。只見硝煙滾滾，火光沖天。當(dāng)時(shí)的戰(zhàn)艦都是木制的，交戰(zhàn)中，不少木船中彈起火，帶著濃煙和烈火，紛紛沉下海去。由于俄國(guó)士兵驍勇善戰(zhàn)，土耳其海軍慢慢支持不住了。狡猾的土耳其海軍在逃跑之前，集中了所有的大炮，向著彼得大帝的指揮艦猛轟。頓時(shí)，炮彈像雨點(diǎn)一樣落到甲板上，有好幾發(fā)炮彈直接打中了懸掛信號(hào)旗、支持觀測(cè)臺(tái)的船桅。土耳其人竊喜，他們滿以為這一下定能把指揮艦擊沉，俄國(guó)人一定會(huì)驚惶失措，不戰(zhàn)自潰的。不料這些炮彈剛碰到船體就反彈開去，“撲通”“撲通”地掉到海里，桅桿連中數(shù)彈，竟一點(diǎn)也沒有受損！土耳其士兵嚇得呆若木雞，還沒有等他們明白過來，俄國(guó)船艦就排山倒海般沖過來，土耳其海軍一個(gè)個(gè)當(dāng)了俘虜……這場(chǎng)歷史上有名的海戰(zhàn)使俄國(guó)海軍的威名傳遍了整個(gè)歐洲。

彼得大帝的座船為什么不怕土耳其的炮彈？是用什么材料做的？原來，這艘戰(zhàn)艦就是用沃羅涅日的神木做成的。神木為什么這么堅(jiān)固？當(dāng)時(shí)，人們并不知道其中奧秘，只知道這是一種帶刺的橡樹，木材的剖面呈紫黑色，看上去平平常常的，一點(diǎn)也沒有什么出奇之處。這些不起眼的橡樹木質(zhì)堅(jiān)硬似鋼鐵，不怕海水泡，也不怕烈火燒。木匠們知道，要加工這種刺橡樹木材，得花九牛二虎之力。當(dāng)年，為了建造彼得大帝的指揮戰(zhàn)艦，木匠們不知道使壞了多少把鋸子、鑿子和刨子。

亞速海戰(zhàn)以后，俄國(guó)海軍打開了通向黑海的大門。彼得大帝把這種神奇的刺橡樹封為俄羅斯國(guó)寶，還專門派兵日夜守衛(wèi)著刺橡樹森林。沃羅涅日這座遠(yuǎn)離海洋的內(nèi)陸城市，也因?yàn)樯a(chǎn)神木，而以俄國(guó)“海軍的搖籃”的名分載入了史冊(cè)。

300多年過去了，關(guān)于神木的故事一直在民間流傳，可誰(shuí)也解不開其中的謎。

解開神木之謎

到了20世紀(jì)70年代，神木的傳說引起了當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)著名林學(xué)家謝爾蓋·尼古拉維奇·戈?duì)柹瓴┦康闹匾暎麤Q心用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來解開神木之謎。

博士要做的第一件事就是測(cè)試一下神木的硬度，神木究竟是不是像傳說中所描寫的那樣堅(jiān)硬呢？為此，他在野地里用刺橡木板圈起很大一個(gè)靶場(chǎng)。靶場(chǎng)中央堅(jiān)起2000多個(gè)刺橡木做成的靶子。謝爾蓋命人對(duì)著神木靶子發(fā)射了幾萬(wàn)發(fā)子彈，結(jié)果只有少數(shù)子彈穿透了靶子，絕大多數(shù)子彈都被堅(jiān)硬的神木靶子彈了回來。

這個(gè)現(xiàn)象使博士非常驚奇，神木果真名不虛傳！他取下幾根靶上的木纖維，拿到顯微鏡下觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在木纖維的外面全裹著一層表皮細(xì)胞分泌的半透明膠質(zhì)，這種膠質(zhì)遇到空氣就會(huì)變硬，好像一層硬甲。用儀器分析膠質(zhì)成分，結(jié)果表明，膠質(zhì)中含有銅、鉻、鈷離子以及一些氯化物等，正是由于這些物質(zhì)的存在，才使得這種刺橡木堅(jiān)硬如鐵，不怕子彈，不怕霉蛀。

為了測(cè)試刺橡木的耐火和耐水性能，博士用刺橡木做成了一個(gè)大水池，水池的接合部分用特種膠水膠合。池子內(nèi)灌滿海水，并把各種形狀的刺橡木小木塊丟進(jìn)去，將池子封閉好，過了三年，謝爾蓋打開了密封的水池，取出小木塊。他驚奇地發(fā)現(xiàn)，池子里的木塊好端端的，一塊也沒腐爛變形。博士又檢查了池壁和池底，那兒的木質(zhì)也是好端端的，沒有損壞。這證實(shí)了神木的確不怕海水腐蝕。

另一個(gè)項(xiàng)目是測(cè)試刺橡木的防火能力。博士把一個(gè)刺橡木房屋模型投入爐膛，這時(shí)，爐里的溫度是300℃。一個(gè)小時(shí)以后。他打開爐門，模型竟原封不動(dòng)地出現(xiàn)在他面前。原來，刺橡木分泌的膠質(zhì)在高溫下能生成一層防火層，并分解成一種不會(huì)燃燒的氣體，它能抑制氧氣的助燃作用，使火焰慢慢熄滅！

植物的血紅蛋白與固氮

人和動(dòng)物的紅細(xì)胞里有血紅蛋白，其作用是與氧結(jié)合，通過血液循環(huán)把氧運(yùn)送到身體的各個(gè)部分，供細(xì)胞呼吸。那么植物有沒有血紅蛋白呢？植物沒有類似動(dòng)物的血液循環(huán)系統(tǒng)，如果有血紅蛋白，它存在的部位在哪兒？它也起運(yùn)輸氧的作用嗎？答案也許令你感到吃驚，是肯定的！

“小小化肥廠”

植物確實(shí)有血紅蛋白，它也能與氧結(jié)合，但它出現(xiàn)的部位比較特殊，既不在根、莖、葉中，也不在花或果實(shí)里，而是在豆科植物的固氮根瘤內(nèi)，所以又叫植物豆血紅蛋白。至于它為什么只在豆科植物的根瘤中出現(xiàn)，還是讓我們從根瘤的形成說起。

我們都知道，根瘤菌能在豆科植物的根部結(jié)瘤，其體內(nèi)有固氮酶，能固定空氣中的氮?dú)狻８鼍弥参矬w內(nèi)的碳水化合物產(chǎn)生能量，把氮?dú)馔砂保屩参镂绽茫@個(gè)過程叫做共生固氮。如果你在田間拔下一棵大豆或豌豆，觀察一下它的根系，就會(huì)發(fā)現(xiàn)上面長(zhǎng)著很多瘤子，這就是根瘤。根瘤雖小，功勞卻很大，它把氮轉(zhuǎn)變成氨，為植物提供氮肥，所以有人形象地把根瘤比做“小小化肥廠”。

但是根瘤從形成到開始固氮卻是個(gè)非常復(fù)雜的過程，需要豆科植物和根瘤菌的很多物質(zhì)共同參與，互相配合。根瘤菌先誘導(dǎo)根毛彎曲變形，然后通過一個(gè)叫侵入線的管狀結(jié)構(gòu)進(jìn)入根毛和根皮層細(xì)胞，并刺激細(xì)胞分裂，形成根瘤。這時(shí)根瘤菌在形態(tài)上變成各式各樣，稱做擬菌體。它們被植物細(xì)胞“吞下”，外邊包著一層植物的細(xì)胞質(zhì)膜。最后擬菌體內(nèi)的固氮酶開始工作，固定空氣中的氮?dú)猓压痰a(chǎn)物氨提供給植物，用于合成蛋白質(zhì)、核酸，或者參與其他代謝過程。在上述過程中，植物的根瘤細(xì)胞非常活躍，合成了一套蛋白質(zhì)參與根瘤的形成并使固氮作用順利進(jìn)行，這一套蛋白質(zhì)叫結(jié)瘤素。結(jié)瘤素的功能多種多樣：有幫助根瘤菌侵染植物細(xì)胞的，有與根瘤結(jié)構(gòu)的形成相關(guān)的，有幫助植物吸收固氮產(chǎn)物氨的，有幫助擬菌體從植物上吸取碳水化合物營(yíng)養(yǎng)的，還有保護(hù)擬菌體的固氮酶的，等等，這種具有保護(hù)固氮酶功能的蛋白就是豆血紅蛋白。

豆血紅蛋白

為什么要由豆血紅蛋白保護(hù)固氮酶呢？這是因?yàn)楣痰负铣砂钡倪^程要在厭氧條件下進(jìn)行，固氮酶一旦接觸氧就失去活性，豆血紅蛋白便承擔(dān)了排除氧的任務(wù)。它與氧結(jié)合，使固氮酶周圍環(huán)境中氧的濃度大大降低，使固氮作用順利進(jìn)行；同時(shí)，它還可以把結(jié)合的氧供給擬菌體，幫助其呼吸。豆血紅蛋白之所以重要，就是因?yàn)闆]有它，固氮反應(yīng)就不會(huì)發(fā)生，形成的根瘤就成了無效根瘤。

豆血紅蛋白在各種結(jié)瘤素中含量最高，占根瘤細(xì)胞內(nèi)可溶性蛋白的30～40%。與人和動(dòng)物的血紅蛋白相同，它也有顏色，因?yàn)樗彩巧氐鞍祝裳t素和珠蛋白兩部分組成，血紅素上二價(jià)的鐵離子可以結(jié)合氧，有趣的是，豆血紅蛋白的珠蛋白部分是由豆科植物生產(chǎn)的，而血紅素部分則是由根瘤菌（擬菌體）合成的，二者結(jié)合在一起，才形成了有功能的蛋白，所以從這個(gè)意義上說，豆血紅蛋白是真正的共生蛋白。

豆科植物根瘤內(nèi)的豆血紅蛋白的組分不止一種。不同植物，其組分?jǐn)?shù)也不相同。例如，大豆血紅蛋白有8個(gè)組分，4個(gè)主要組分和4個(gè)次要組分；一種叫苜蓿的牧草，其豆血紅蛋白有5種，2個(gè)主要組分和3個(gè)次要組分，次要組分是主要組分加工修飾的結(jié)果。在普通田菁的根瘤中發(fā)現(xiàn)5種豆血紅蛋白；有一種叫毛塔田菁的豆科植物，主要生長(zhǎng)在熱帶地區(qū)，它不僅根上能長(zhǎng)蓿，連莖干上也能長(zhǎng)瘤，這種瘤子表面呈綠色，在它的莖瘤中分離到7個(gè)豆血紅蛋白組分。

雖然不同豆科植物豆血紅蛋白的組分不同，但各種植物豆血紅蛋白的分子量卻基本一致，大約為15000道爾頓，它們的氨基酸組成、蛋白質(zhì)等電點(diǎn)等生化性質(zhì)也大致相同。正因?yàn)樗鼈冇羞@么多相同的性質(zhì)，使得它們?cè)诿庖邔W(xué)上能發(fā)生交叉反應(yīng)。這種免疫反應(yīng)的試驗(yàn)方法是，分離并純化某種植物根瘤的豆血紅蛋白，把它作為抗原注射到兔子身上，經(jīng)過一段時(shí)間，兔子的血液中就產(chǎn)生了豆血紅蛋白的抗體，這種抗體在體外遇到它本身的抗原（豆血紅蛋白），就會(huì)發(fā)生沉淀反應(yīng)。有時(shí)，一種豆科植物血紅蛋白的抗體遇到其他植物的豆血紅蛋白時(shí)也會(huì)形成沉淀，這就是免疫交叉反應(yīng)。通過研究發(fā)現(xiàn)，苜蓿豆血紅蛋白的抗體與豌豆血紅蛋白有免疫交叉反應(yīng)，但與大豆血紅蛋白沒有反應(yīng)；普通田菁豆血紅蛋白的抗體，與大豆和牛豆的血紅蛋白都能形成沉淀。

豆血紅蛋白基因

從遺傳學(xué)角度看，蛋白質(zhì)的合成是由遺傳物質(zhì)——基因編碼的。具體地說，豆血紅蛋白基因，即豆科植物根瘤細(xì)胞的細(xì)胞核內(nèi)一段脫氧核糖核酸鏈（DNA），先經(jīng)過一個(gè)叫做轉(zhuǎn)錄的過程，把遺傳信息表達(dá)為一段與其DNA鏈對(duì)應(yīng)的核糖核酸鏈，稱為使信RNA（mRNA），這個(gè)核糖核酸鏈再經(jīng)過一個(gè)翻譯過程，就合成了這個(gè)基因的蛋白產(chǎn)物——豆血紅蛋白。說到這兒，可能有人要問：植物的每個(gè)細(xì)胞包含的遺傳物質(zhì)是相同的，那么豆血紅蛋白基因是不是在所有的細(xì)胞里、從種子萌發(fā)到開花結(jié)實(shí)一直都在表達(dá)呢？答案當(dāng)然是否定的。事實(shí)是這樣，在沒有根瘤菌侵染時(shí)，在豆科植物的根、莖、葉中都檢測(cè)不到豆血紅蛋白，即使在根瘤菌侵染植物形成根瘤后，在上述部位仍然檢測(cè)不到，只有在根瘤里，而且在根瘤形成的后期才能找到豆血紅蛋白。這說明這個(gè)基因的表達(dá)在時(shí)間上和空間上都受一定的機(jī)制調(diào)控，屬于誘導(dǎo)表達(dá)。這樣，搞清這個(gè)基因如何控制其表達(dá)就成了十分有趣的問題。

科學(xué)家們從豆血紅蛋白的mRNA入手，先分離純化它，然后經(jīng)反轉(zhuǎn)錄過程，合成與它互補(bǔ)的DNA（cDNA）。用這個(gè)cDNA作探針，通過RNA與DNA、或者DNA與DNA雜交的方法，研究豆血紅蛋白基因表達(dá)的特點(diǎn)，確定基因的拷貝數(shù)、結(jié)構(gòu)和調(diào)控序列。