书城科普读物探究式科普丛书-地球的肺:植物
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第10章 妙趣横生——植物奇观(3)

因为,在植物的叶片里含有多种色素,它之所以青翠碧绿,是因为叶中所含的叶绿素占全部色素的80%以上。此外,许多植物的叶中还含有花青素、叶黄素和胡萝卜素等有机色素。到了秋后,阳光减弱,天气渐冷,地温降低。这时,植物根部的细胞因受到刺激开始收缩,使吸收水分的能力变低,于是叶内水分也随之减少。叶子白天通过光合作用制造的淀粉,由于叶子的运输能力逐渐减弱,使植物体内输送养料的能力受到影响,势必使叶子制造的养料变成葡萄糖后,储存在叶子里的糖分越积越多,并逐渐变成了花青素。与此同时,因低温缺水发生分解作用,叶绿素形成停滞,越来越少,有一部分也会变成花青素。这样,随着天气变冷,叶片中的叶绿素逐渐减少了,花青素含量便明显增多。实验证明,花青素在酸性条件下呈红色,在碱性条件下呈蓝色。而有些树种如枫树、槭树、乌桕、黄栌和柿树等的叶子在正常情况下恰好多呈酸性,所以当叶内花青素达到一定的含量时它们就容易变红。怪不得人们把北京香山着名的深秋景色称为“香山红叶”。唐代诗人杜牧曾以“霜叶红于二月花”的诗句赞美它的娇艳。

那些不呈酸性的树叶就不会变成红色。例如银杏、白杨、五角枫等树种到了秋后,叶内的叶绿素大量解体消失,含有较多的叶黄素、胡萝卜素,就使树叶由绿变黄了。

2.植物为什么会落叶

入秋时节,我们经常会看到这样的景象:一夜秋风,遍地黄叶,给人平添几分惆怅。但是你想过植物为什么会在秋季落叶,是谁在设计这幅萧条的秋景图呢?

耐过寒冬,迎来早春,随着声声春雷,万物开始吐翠,嫩绿的枝芽慢慢展开了它们的笑脸。此刻的叶子正处于旺盛生长的青年期;仲夏的树叶已由嫩绿变成浓绿色了,此时它们已到了壮年期,它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,秋季,叶子经过青壮年步入老年,便开始衰老死亡了。

早在20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实以前,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,人们发现,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。

从形态解剖学角度来看,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,离层及其邻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,了却了叶落归根的夙愿。

但是,落叶为什么只发生在秋季呢?为什么不是夏季或春季呢?

因为我们生活在温带地区,四季变化明显,光照长短、水分、温度等差异很大,所以我们只看到“秋风扫落叶”。实际上,在热带干旱季节,也会出现春季落叶现象,只是没有温带地区落叶现象明显罢了。落叶是植物正常的生理过程,是发生在植物体内的很复杂的过程之一。落叶恰恰是树木的自我保护策略,牺牲小我,而保全主体。对人类而言,天冷了要生上火炉,穿上棉衣,可是树木呢,唯有脱尽全身的树叶,以减少通过叶子而散失的大量水分,才能安全过冬。

要不然天寒地冻,狂风呼号,树根吸水已很困难,而树叶的蒸腾作用却照常进行,这样会使树木因耗尽养分而死亡。同样道理,干旱季节中的热带树木的落叶也是自我保护的措施。

那么,水分是影响落叶的唯一原因吗?

秋天,马路边路灯旁的树木,在其他同伴已落尽的时候,却总还有一些树叶在寒风中艰难地挺立着,飘舞着。这就会使我们想到,落叶跟光照也有很密切的关系。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使植物落叶。夏季一过,秋天来临,日照逐渐缩短,似乎在提醒它们——冬天来临了。

经科学家艰苦的努力,终于找到了一种化学物质叫脱落酸,发现它与落叶很有关系,可以促使植物的叶脱落,同时也发现其他激素例如赤霉素和细胞分裂素起相反作用,能延缓叶的衰老和脱落。

但是到目前为止,植物落叶的机理还没有完全弄清楚。可以肯定的是,落叶尤其是温带地区的树木的落叶,是减少蒸腾,保全生命,准备安全过冬的一种自我保护。

3.植物的花为什么能散发香气

古希腊哲学家德谟克利特闻到花香,想到丹桂花开,香飘十里,就思考着香味的来源是不是因为有一种香气微粒在四处飘荡呢。在他的启发下,人们开始思考花为什么会散发出香味的问题。

其实正如他想的那样,大部分香花的花瓣中都有一种油细胞,能分泌出一种香味浓烈的芳香油,这种芳香油分子很容易挥发,弥漫空间,香气四溢。

但是,有一部分香花并不产生芳香油,而是花中含有一种配糖体。配糖体经过分解,也能散发香气,但并不是专供人陶醉的,它是花求取昆虫帮它传粉的“语言”。因此,花香又被称做“异种传信素”。此外,花的芳香油的扩散,可以减少花瓣的水分蒸发,使它不致因日晒而枯萎,不致因寒冷而冻坏。人类喜爱花香,用花窨(xūn)茶,做成香甜的花茶;用花提炼芳香油,制造香精、香脂和药品。在国际市场,1千克茉莉油可换1千克黄金,1千克玫瑰油相当于4千克黄金。

4.植物花朵的颜色是怎样产生的

生活中我们会看到红红绿绿黄黄等多种色彩的花朵,它们的颜色和姿态各不相同,真的可以称得上“万紫千红”。它们五彩缤纷,特别惹人喜爱。那么美丽的颜色是怎样产生的呢?

原来在花瓣细胞里存在各种色素,主要为三大类:第一类叫类胡萝卜素,包括红色、橙色及黄色素在内的许多色素;第二类叫类黄酮素,是使花瓣呈浅黄色至深黄色的色素;第三类叫花青素,花的橙色、粉红、红色、紫色、蓝色都是由花青素引起的。

通过对被子植物花色的调查,人们发现花瓣呈白色和黄色的最多。那么,白色的花是怎么回事呢?花呈现白色,是因为花瓣细胞里不含什么色素,而是充满了小气泡。你如果不信,用手捏一捏白色的花瓣,把里面的小气泡挤掉,它就成为无色透明的了。

有些植物开黄花,那是因为花瓣细胞的叶绿体里,含有大量的叶黄素。

有一种奇怪的黑蔷薇花瓣呈黑色,但提取不出黑色素。原来,它是花青素和花青苷的红色、蓝色及紫色混在一起,使颜色加深时形成的一种近似黑色的色泽。

植物形成色素必须消耗原料和能量,解剖可看到色素仅分布于花瓣的上表皮中,花瓣内部是无色的。这说明植物以消耗最少的能量和材料达到了最佳的效果。植物表现出美丽的色彩,除植物体内部具备产生色彩的内部条件外,环境条件如温度、光照、水分、细胞内的酸碱条件等,都影响色素的表现。