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第2章 植物(1)

为什么种子会发芽

小小的种子为什么可以在适宜的条件下生根并且发芽再长大成材?这到底是怎么回事呢?

假如拿来一个桃核或是杏核,将它敲开,我们便可以看到一颗心形的种子,揭掉那层褐色的种皮,两瓣子叶就显露在前。因为,在种子上早就有着一棵小小的植株叫做胚,它有子叶、胚芽和胚根。种子萌芽之后,胚根就会往下生长,从而长成植株的根;胚芽就向上生长,发育成为枝干与种子。

就像人类的胎儿形成有一个很复杂的过程一样,树木的“胎儿”——胚的形成也是有一个复杂的过程,就像母亲百般爱护的胎儿一样,树木对待“胎儿”的爱护也是极为细心的。如桃和杏的种子,它那个洁白的胚外面有一层坚硬的种皮,种皮外面包着一层非常坚硬的内果皮,也就是我们平常吃的果肉,果肉的外面还会有一层外果皮,一粒种子的外面竟然有四层包被。

很多种子成熟之后,会经过一个休眠的阶段,好像动物冬眠似的。当它醒来之后,便要吸收水分,而后种子的胚要吸收贮藏在胚里的养分,慢慢地成长起来,然后生根发芽,变成幼苗,渐渐发育成一棵成年的树木,直到开花、结实、形成种子。种子就是这样不停地、而且周而复始地来进行生命的延续。

当然了,也有些树木的繁衍不是靠种子的,只需要把它的一段根或者一段茎插在土壤里就可以生根并且发芽,长成一株大树。甚至是一片树木的叶片,一块树木的组织在适宜的环境下也可以培育出一株大树。

知识点:子叶、胚、包被、种子

为什么植物的幼苗有的是一片叶子,

有的是两片

如果你在两只培养皿里分别放上几粒小麦种子和菜豆种子,然后给它们适当的水分、温度和氧气,很快它们就会长出叶子来了。但是你所看到的小麦幼苗只有一片叶子,而菜豆却有两片叶子。这是怎么回事呢?

菜豆种子里是没有胚乳的,你只要剥掉外面一层种皮后,就可以看到两片肥厚的白色豆瓣,这就是两片子叶。子叶占种子最大的部分,它里面含有丰富的营养物质,代替了胚乳的作用,可以供给种子发芽和幼苗生长的需要。除了菜豆以外,蚕 豆、大豆、棉花、柑橘、苹果、黄瓜、向日葵以及其他蔬菜类作物的种子,也都具有类似的构造。

如果把小麦外面的一层种皮剥掉的话,它的构造与菜豆就不同了,它只有一片子叶,夹在胚与胚乳之间,里面养分很少,所以这一类种子里,绝大部分由胚乳占据着。不仅小麦具有这样的构造,水稻、玉米、高粱、大麦以及其他许多类似植物的种子也同样如此。

小麦与菜豆播下去后,小麦长出一片叶子来,这片叶子不是原来的子叶,而是由胚芽长出的真正的叶子了;菜豆长出来的是两片肥厚的子叶(豆瓣),然后再在上方长出真叶来。植物学家根据这些植物种子的不同构造,把像小麦种子一类构造的叫做“单子叶植物”,像莱豆种子一类构造的叫做“双子叶植物”。

知识点:小麦、菜豆、单子叶植物、双子叶植物

为什么植物的根总是向下长,

茎总是向上长

种子撒在地里是横七竖八的,但是,为什么出根都是向地下长,出芽总是向地上长呢?

原来,这是地心引力在起作用。植物受到单方向的外界刺激之后,发生了单方向的反应,这种现象叫做“向性”。例如,叶子受到单方向阳光的照射,就朝着阳光的方向生长,使叶面与阳光垂直,这叫做“向光性”。根和茎对于地心引力的单向作用,发生向地或背地的生长,叫做“向地性”。如果把一株植物水平放置不动,经过若干天,植物的根会向下弯曲(正向地性)生长,茎向上弯曲(负向地性)生长。如果将水平放置的植株,经常地绕纵轴缓慢旋转,使周边各部位都受到等效的引力作用,把引力的单向性刺激消除掉,你会看到植株两端都沿水平方向生长,并不发生弯曲。

地心引力为什么会诱导根和茎发生反向的弯曲生长呢?它的机理很复杂。一种解释是:根和茎的向地性弯曲是一侧生长较快,另一侧生长较慢的结果——向生长较慢的一侧弯曲,两侧生长快慢不同与生长素的浓度不同有关,而两侧生长素浓度的不同又是因地心引力单向作用引起的。

生长素是一种植物激素,浓度低时促进生长,浓度高时抑制生长。根和茎的生长对生长素浓度的反应不同:生长素浓度低时促进根生长,浓度高时抑制根生长,但却促进茎生长,浓度更高时则抑制茎生长。

当植株平放时,由于地心引力的作用,生长素移向下侧,茎部下侧生长素浓度高,生长比上侧快,使茎尖向上弯曲;根部下侧生长素浓度高到产生抑制的作用,生长比上侧慢,使根尖向下弯曲。这只是通常引用的一种解释,实际上道理可能复杂得多。

向性(向光性、向地性、向水性、向化性等)是植物在进化过程中的适应现象之一,它为农业生产提供了很大方便。由于植物的根和茎具有向地性,所以播种时可以不管种子的姿态。否则,人们只好弯腰曲背,将种子一粒一粒地正向插到土里了!

知识点:地心引力、生长素、向性

为什么秋天树叶会落

植物从种子萌发成为幼苗,经过春天、夏天的蓬勃生长,然后开花、结实,到秋天,果实或种子等成熟。这时,日照渐渐由长变短,温度也逐渐降低。植物接受外界环境信号,自身代谢发生一系列生理变化,蛋白质等物质的合成减少,分解作用加强;光合、呼吸作用下降,慢慢步入衰老。短日照下,由根系合成的促进生长、延缓衰老的激素,如细胞分裂素、赤霉素等含量减少,叶片得不到足够的细胞分裂素供应;同时,花、果、种子生长中还产生促进衰老的激素,如脱落酸和乙烯,并运到枝叶,促进叶片的衰老。另外,在花、果、种子生长过程中,内源细胞分裂素等含量增加,这样,花、果、种子就成为植株代谢旺盛的生长中心,促使叶片制造的养料被优先运往花、果实、种子,地上部分的枝叶得到的养料相对减少,不能满足继续生长的需要。叶片就像辛勤工作的老黄牛一样,默默无闻地为繁衍后代奉献一切,而自身逐渐衰老。

植物在衰老过程中,叶柄基部产生离层,它约有1-3层细胞厚。在乙烯、脱落酸等激素的作用下,纤维素酶和果胶酶等活性升高,分解离层细胞壁物质并使离层细胞间分离开来。这样,离层细胞之间的联系非常脆弱,稍加一些外力如风力,叶柄等就会脱落。因而,多数植物秋天会落叶。

知识点:短日照、细胞分裂素、激素、离层细胞

为什么植物落叶大多是叶背朝上

植物落叶大多是叶背朝上,叶面朝下,尤其是一些宽大一点的叶子,这种现象更明显。这是为什么呢?

这得从叶子的内部结构说起。很多植物的叶子,叶背和叶面在植物生长时接受光的量显著不同,这是因为叶背和叶面在内部结构上具有明显差异。大多数植物叶子靠近叶面的细胞,有一排紧密排列的长方形细胞,就像我们房子的阳台下的竖排栅(zhà)栏(lán),所以又称为栅栏组织;而靠近叶背的细胞排列疏松,好像海绵的状态,所以又称海绵组织。栅栏组织不仅细胞排列紧密,而且含有大量的叶绿素,这些叶绿素接收光能,利用空气中的二氧化碳制造大量的有机物。海绵组织排列疏松,叶绿素比较少,主要是贮藏一些植物内部产物和水。叶子干燥或发黄脱落时,栅栏组织结构紧密,密度较大;海绵组织结构疏松,密度较小。落叶时,叶面比叶背相对重一些,所以,叶面先达地面。如果不是人为或风吹的翻动,大多数植物的叶子都是叶面朝下,叶背朝上。

当然,有些植物的叶背和叶面结构差异不是十分明显,这些植物的叶子在生长时多,是竖立着分布,两面接受阳光的量差不多,例如水稻。还有一些植物如马尾松,叶子为针形,叶片的背面和腹面很难区分。这些植物落叶时是随意的。

知识点:栅栏组织、海绵组织、叶绿素

仙人掌为什么有刺没有叶子

仙人掌类植物种类繁多,形状千姿百态,有圆,有扁,有的柱形直立似棒,有的似石累叠成山,变化无穷。植株色泽清雅、脱俗,花色艳丽,十分耐看。它们的体表大多有刺或有毛,可是却都没有叶子,为什么呢?

大多数仙人掌类植物的家乡在美洲热带或亚热带干旱沙漠、半沙漠地区,主要产地为西印度群岛等地区,墨西哥、巴西、阿根廷、美国等国家。

在寸草不生的沙漠中,只有仙人掌类傲然生存,形成奇特、旖(yǐ)旎(nǐ)的沙漠风光。在这里,除极少数地区外,年降水量一般不低于200毫米,但一年内降水量分布极不均匀。雨季有时降水量很大,旱季可能几个月滴雨不下,土壤保水能力很差,缺水严重。为适应严酷的外界环境,它们的叶退化成刺状、毛状,表皮角质层或蜡质较厚,以最大限度地减少水分的蒸发,保持水分。

它的根系分布很广,但向下延伸不深,有利于最大范围地吸收雨水和露水。一株高120厘米的巨人柱,根系分布在10厘米深的地表层内,却向四周辐射状伸出5米多。它的根系大多是须根,一下雨就可大量抢吸水分。有些种类地上部分很小,但根部肥大成为储水的主要器官。同时,它们的变态茎相对肥厚,肉质,棱多并具疣状突起,能够贮藏丰富的水分。美国亚利桑那州有一种世界上最大的仙人掌,高达23米,体内存有十几吨重的水,因而获“巨人”称号。沙漠中旅行的人们,焦渴难耐之际,它鲜嫩多汁的茎肉可作为救命水。当雨季过后进入漫长的旱季时,仙人掌类能利用体内贮藏的水分,维持正常的生命活动。曾有人实验过:一棵37.5千克的仙人掌,在没有一滴水、一滴肥的情况下,在室内顽强地生活了6年,前后一共只消耗了11千克水。它对干旱的忍受能力真让人吃惊啊。更有趣的是,在秘鲁的沙漠中,还有一种仙人掌,能在风的推动下,用它那带刺软枝组成的根,匍匐前进,以寻找水分和养分,称为“步行仙人掌”。可见,仙人掌类植物非常耐旱,它的外形、结构特征都是对干旱适应的结果。

知识点:降水少、叶退化、须根、外界环境、耐旱

冬季为什么要把树干刷白

在公园里、校园里及道路和庭园的绿化树、果树,到了冬季往往把树干下部刷成白色。这是为什么呢?

首先,我们要弄清楚白色的东西是什么。专门用来把树干下部刷白的刷白剂的主要成分是石灰乳,还有食盐、大豆粉、石硫合剂。具体制成方法是这样:将它们按一定比例加水,搅拌至均匀,最后加入少量的碱性或中性农药,增强杀虫灭病效果。

冬季树木涂刷白剂有什么作用呢?冬季天气寒冷,如果我们在装有空调的房子里待一段时间后,突然到室外去,会感到外面特别冷。如果一直在室外,冷的感觉就没有刚刚出来时那么强烈。很多人手上脚上生冻疮,往往是因为用冷水洗暖和的手和脚,或用热水洗冰冷的手和脚,或将冰冷的手和脚烤火造成的。如果我们在洗冷水时,先用少量的冷水揉搓,使手和脚慢慢变凉变冷;洗热水之前,先揉搓一下手和脚,并用少量的热水搓手和脚,使手和脚慢慢温热;烤火之前,由远而近慢慢靠近火边,这样,我们的手脚皮肤从冷变热或从热变冷有一个慢慢适应的过程,就可以大大减少和避免冻疮的形成。植物冬季涂刷白剂,一方面预防寒害冻害,另一方面预防病虫害。

植物刷白为什么可以预防寒害冻害和病虫害呢?冬季天气寒冷,但是,白天太阳出来时总会暖和许多。所以,我们喜欢冬天晒太阳。可是,植物晒太阳并不像我们晒太阳那么舒服。我们晒完太阳后,没有太阳的晚上可以躲进被窝里,植物不管多冷,还是在原来的地方,这样,白天热,晚上冷,并且冷热差异很大,植物最容易受害,比我们生冻疮还严重。植物刷白,白色可以反射白天的太阳光和各种辐射,避免植物体内温度过高,大大减弱了白天与晚上的温度差异,避免植物受到突然变温的伤害。同时,刷白剂具有隔热效果,就像我们的手和脸涂防冻霜和护肤霜一样。另外,秋后初冬,许多昆虫喜欢在老树皮的裂缝中产卵过冬,刷白剂对许多害虫有杀灭作用。

知识点:防冻、防虫害、降温差

为什么花有各种不同的颜色

花儿为什么在夏天那样多彩多姿?如果你仔细地观察一下,可以发现:大多数花儿的颜色,是在红、紫、蓝之间变化着;也有一些是在黄、橙、红之间变化着。

花色能够在黄、橙、红之间变化,那是类胡萝卜素在“耍把戏”。类胡萝卜素的种类挺多,大约有60多种颜色。像黄叶子、成熟的香蕉里所含的黄色的叶黄素,就是类胡萝卜素中的一种。

花色能够在红、紫、蓝之间变化,是因为花朵的细胞里含有花青素。花青素是一种有机色素,它极易变色,只要温度、酸碱度稍有变化,就立即换上了“新装”。

你一定认得牵牛花吧!它那喇叭状的花朵,很引人注目。喇叭花的颜色挺多,有红的,有蓝的,也有紫的。其实,这全是花青素在“变戏法”,如果你把一朵红色的牵牛花摘下来,泡在肥皂水里,这红花顿时变成了蓝花。然而,这“戏法”还能重新变回去,只要你把蓝花再浸到稀盐酸的溶液里,又变成红花啦!原来,这是因为溶液的酸碱度变化,引起了花青素的变色。

在植物体里,有酸性的东西,也有碱性的东西。不仅不同植物体内的酸碱度不一样,即使在同一植物体内,酸碱度也会因光照、温度和湿度等不同而变化。这样,花青素就时常在人们面前“耍把戏”,造成“万紫千红”的声势。

你一定会奇怪:芙蓉早上开花时是白色的,中午以后逐渐由粉红变成红色,这是怎么一回事?你如果到棉花田里走一走,也有这种情况,棉花不但上午和下午会变色,而且同一枝上会同时开着几种颜色不同的花。这都是花里的花青素随着日光照射的强度和温度、湿度的变化而耍的把戏。

知识点:类胡萝卜素、花青素、阳光、温度

夏天中午为什么不宜给花浇水

在夏天,各种树木花草都蓬勃地生长着,需要的营养物质和水分也最多。由于花的根系分布浅,如果有几天不下雨的话,很易受干旱,所以常常需要浇水。

可是,给花浇水也要注意时间,如果在中午的时候给它浇冷水,不是帮助它,而是害了它。所以有经验的花农总是选择在傍晚或早晨给花浇水的。这是什么道理呢?

夏季天气十分炎热,尤其是中午,气温更高,这时,土壤温度也逐渐升高。由于水的比热是空气的4倍多,加上水在吸收和散发热量时温度变化较小,所以水温总是比气温低。如果在炎热的中午浇冷水,本来温度高的土壤会骤然降温,而这时外界气温仍相当高,在这种温度变化十分急剧的情况下,娇嫩的花会因吃不消这种强刺激而死亡。

在早晨和傍晚,因为气温较低,浇水后土壤温度与气温差异小,不至于引发死亡的危险。如果在阴天,那么,不管什么时候都可以浇水。

除了花以外,一般的蔬菜和其他一些草本植物,在夏天的中午都不宜浇冷水,农民都有这个经验。有时候在炎热的夏天,中午突然下一场倾盆大雨,往往会使蔬菜的幼苗全部“闷死”,也就是这个道理。

知识点:浇水、温差