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第17章 植物天地(1)

认识植物世界

植物是自然界第一生产力。它们通过奇妙的光合作用,合成出有机物,提供一切动物和人类赖以生存的食物来源;它们吸收二氧化碳和其他有毒气体,释放出氧气,调节气温和雨量,起到防尘杀菌的作用,不愧为环境的绿色卫士;它们还舍己为人,为人类提供用途广泛的木材、医治百病的草药和宝贵丰富的能源。

在人类居住的地球上,生存着50多万种植物。它们分布广泛,无所不在,从热带到寒带,从沙漠到海洋,从高山到地下,处处都有植物生息繁衍。它们千姿万态,丰富多彩,组成了一个生机盎然的植物王国。植物王国的成员们各有特点,有的历经沧桑,而珍贵无比;有的身处劣境,却会灵活适应;有的盛产食物,乐于奉献;有的专做寄生者,危害四邻;有的翩翩起舞,讨人喜爱;有的巧设机关,诱虫上当;有的脾气古怪,与众不同;有的独树一帜,是世界之最。植物是个充满谜团的世界。

植物王国的家谱

自然界的植物种类繁多,千差万别,似乎杂乱无章,理不出头绪。

最近几个世纪以来,随着对大自然研究的不断加深,人类逐渐认识到植物王国也是有规律可循的。现在,人们根据植物外部的花、果、叶、茎、根等形态和内部的如组织结构、细胞染色体上的异同进行分类,从而划清了植物与植物之间的关系,这就是植物分类学。

它是按界、门、纲、目、科、属、种的顺序来划分植物的,即将整个植物王国称为植物界,再按着从低等到高等的顺序,又将植物界分为菌类、藻类、地衣、苔藓、蕨类、裸子植物和被子植物等几大门,每门再顺次往下分,越分越细,一直分到种。种是最基本的分类单位,通常只指一种植物。有时为了方便,还加入了亚门、亚纲、亚目、亚科和亚属等级别,而种以下还有亚种、变种、变型等。

奇形怪状的根

神奇的大自然创造出千千万万种的植物,而这些植物的根又是千姿百态,形态万千。

日常生活中,比较常见的根为直根系和须根系。如大豆的根为直根系,它的主根粗大,侧根多而较细;小麦的根为须根系,在茎秆基部生有许多胡须状的不定根。我们平常吃的萝卜、胡萝卜、甜菜和甘薯等,则是一种变态根,有的呈圆锥形,有的呈纺锤形,有的呈圆柱形,它们贮藏着大量的淀粉和糖类物质。

在自然界中还有许许多多稀奇古怪的根,它们的构造和功能也发生了很大的变化:玉米秆下部的节上向周围伸出许多不定根,它们长得粗壮结实,向下扎入土中,能够帮助玉米秆稳固直立,所以也叫支持根;海桑树附近的地面上会长出向上的根,这些根露在空气中,内有发达的气道,有利于生长在淤泥中的海桑树进行空气流通和贮存,所以叫呼吸根;常春藤幼时生有无数的不定根,它们很像刷子,能分泌胶水状的物质,使常春藤牢牢地粘在树干或墙壁上,从而爬上高处,这种根叫攀援根;菟丝子的吸根,会伸入寄主体内吸收寄主的营养,过不劳而获的生活,这种根叫寄生根。还有一些根,如榕树的气生根,香龙眼树的板状根,它们都起着不同的作用。

千变万化的茎

日常生活中,人们常根据质地将茎划分为木质茎、草质茎和肉质茎。

本质茎中木质化细胞较多,质地坚硬;草质茎中木质化细胞较少,质地较柔软;肉质茎肥厚多汁,质地柔软。如果换一种方式,按生长习性则可把茎划分为缠绕茎、攀援茎、直立茎和匍匐茎。

经过长期的演化,有些植物的茎的形态发生了变化,很难让人相信它们就是茎。其实它们都具有茎的特征,都有节、节间和顶芽,只不过不明显罢了。

例如莲藕很像是根,但它有明显的顶芽、节和节间,节上还有侧芽和退化了的小鳞片,并能自节部生出不定根,所以它还是茎,只不过要叫根茎。马铃薯的地下茎短而膨大,呈不规则的块状,上面生有许多小眼,里面藏着它的小芽,芽眼呈螺旋式排列,这就是茎节的痕迹,上下两个芽眼之间便是节间,人们把马铃薯称为块茎。

茎还有许多变态种类,如仙人掌的叶状茎,皂荚的刺状茎,葡萄的茎卷须,洋葱花序上的小鳞茎,慈姑的球茎,大蒜的鳞茎等等。这些茎发生的变化,是植物长期对环境的适应形成的,并对植物的生长极为有利。不管植物们的茎如何变化,只要我们掌握了茎的基本知识,就会毫不费力地将它们找出来。

千姿百态的叶

一个完全的叶,通常由叶片、叶柄和托叶三个部分组成。植物种类不同,叶片的形状也千变万化。

日常生活中,比较常见的有圆形、椭圆形、心形、扇形、针形、箭形、管形等形状。还有一些植物,由于长期对特殊环境的适应,叶片变得奇形怪状,称为变态叶。

例如生长在沙漠中的仙人掌,为了适应干旱的环境,叶片逐渐退化,变成了针刺状,大大减少了蒸腾面积;会攀援的豌豆的叶卷须,是由它的羽状复叶顶端的小叶片变来的,会紧紧地缠住高处的物体,使豌豆越爬越高;在洋葱、大蒜等的鳞茎上包裹着肥厚的肉质鳞叶,也是由叶子变成的,可供人们食用;生长在热带雨林中的菩提树,为了适应潮湿多雨的环境,它的叶片尖端延长成尾状,使树叶分泌的大量水分能及时从叶尖部滴下来,以代替蒸腾作用……

叶子的大小十分悬殊。柏树长着世界上最小的叶子,只有几毫米长;长叶椰子的叶子是世界上最长的叶片,可达27米;而智利的大根乃拉草长着面积最大的叶子,它的一张叶片能将三个并排骑马的人连人带马全部盖住。还有一些植物的叶子丢失了某些部位,变成了不完全的叶。例如台湾的相思树,叶片完全退化,连托叶也没有,仅剩下一个叶片状的叶柄。

奇形妙状的花

花是种子植物所特有的繁殖器官,通过传粉、受精作用,产生果实和种子,使种族得以延续。花是由枝条演变而来的,是一种节间极缩短的,没有顶芽和腋芽的变态枝条。典型被子植物的花一般是由花梗、花托、花萼、花冠、雄蕊群和雌蕊群几部分组成的。

花梗和花托起支持花各个部分的作用;花萼和花冠合称花被,有保护花蕊和引诱昆虫传粉的作用;雄蕊和雌蕊合称花蕊,是花中最重要的生殖部分。花冠是所有花瓣的总称,常见的有唇形、蝶形、十字形、漏斗状、管状、高脚碟状、舌状等形状,真可谓奇形怪状,美不胜收。许多花在花枝或花轴上有次序地排列和开放,便组成了花序。

花序分为无限花序和有限花序两大类。无限花序是在开花期间,花轴顶端继续向上生长,而花由下部依次向上开放,或由边缘向中心开放,它又包括穗状花序、伞房花序、总状花序、头状花序等类型;有限花序是在开花期内,花轴不再生长,产生侧轴,开花的次序是花轴和侧轴由上而下或由内向外进行,它又包括轮伞花序、螺旋状聚伞花序、蝎尾状聚伞花序等类型。

只要朋友们在日常生活中留意观察,就会发现许多千姿百态的花和花序,别有一番乐趣。

形形色色的果实

一般说来,果实是由花的子房发育而来的,它包括由胚珠发育成的种子和由子房壁发育成的果皮两部分。例如葵花子,虽然叫做种子,但它是有子房壁的成分参加发育,所以是果实。日常生活中,人们常把小麦、水稻、大麻等果实叫做种子,事实上它们都是由子房发育而来的,叫它们为果实才对呢。

果实的颜色,在成熟之前,通常是绿色的,成熟后,不同植物果实的颜色千差万别,五颜六色,绚丽多彩。

最标准的果实有三层果皮。例如桃子,它带毛的表皮就是外果皮;味美多汁的果肉就是中果皮;坚硬的果核则为内果皮。不过许多植物果实的三层果皮分得并不清楚。有些植物的花托上有好多雌蕊,每个雌蕊都发育成一个小果实,这样的果实叫做聚合果,如草莓、蓬蓬等;有些植物的果实是由一个花序上的很多花发育而成的,这种果实叫做聚花果,如桑椹、菠萝等。有的果实叫真果,因为它是由子房发育而来的,如桃、李;有的果实叫假果,因为它是由子房和花托、花被共同发育而成的,如苹果和梨。有的果实肉厚多汁,叫肉果,包括核果(椰子)、浆果(葡萄)、瓠果(西瓜)等;有的果实外面包裹着一层干硬的壳,壳里面是种子,这种果实叫干果,如裂果(梧桐果实)、闭果(栗子)等。

千姿百态的种子

植物的种子是卵受精后,直接由胚珠发育而成的。平时,人们常把含一粒种子的果实也称为种子。

植物的种子颜色各异,五彩缤纷。除了人们常见的一些颜色外,还有一些特殊的色彩。如相思豆的种子是一半红、一半黑,非常有趣;蓖麻的种子镶嵌着由一种或几种色彩交织组成的花纹,美丽可爱,鲜艳夺目。

种子的形态也各式各样,别具特色。有的呈圆肾形(女娄菜),有的呈球形(芍药),有的呈歪三角形(杉松),有的像棉花(柳絮),有的像小船(长叶车前)。如果算上种子附属物,则种子的形状就更加奇妙怪异,趣味十足。

白头翁种子(瘦果)长有细长的尾状宿存花柱,被风一吹,可以飘到很远的地方;萝荤和蒲公英的种子(瘦果)都长有雪白的冠毛,就像降落伞一样,可以随风远游到很远的地方安家;而榆树和槭树的种子都长有“翅膀”,可以从树上滑行飞下,远走他乡;鬼针草的种子上长有带弯钩的刺,能够粘在动物的毛皮上,随动物们去旅行。从种子的重量来看,世界上最小的种子要属于斑叶兰了,它的种子简直同灰尘一样,每粒只有0.000002克重。而复椰子的种子有25千克重,是当之无愧的世界冠军。

植物的生命供给线

植物的身体是一个有机的整体,它的各个部分有着各自不同的分工。例如根负责从土壤中吸收水分,叶子负责进行光合作用来制造有机物质。那么,根吸收的水分和叶子制造的有机物,在体内是如何输送到各个器官里的呢?

原来,在植物体内有两大运输管道,一条叫导管,另一条叫筛管。导管负责把从根部吸收进的水和无机盐运输到叶子,筛管负责把从叶子制造出来的有机物运输到根部和其他器官。说起来有趣,虽然导管和筛管都是植物体内一些特化的细胞连成的管子,但是它们的形状不尽相同。组成导管的细胞,两端的细胞壁都己消失,好像一根把节打通了的竹竿;而组成筛管的细胞,在连接处并末完全打通,是由一层像筛子一样带有很多细孔的“筛板”隔着。

导管分布在植物的茎心,也叫“木质部”;而筛管分布在植物的茎皮,也叫“韧皮部”。奇怪的是,导管由下向上运输,反而比筛管由上向下运输要快。科学家认为,这一方面与两种管道的结构和所运输物质的不同有关,另一方面与植物的蒸腾作用产生的强大向上的牵引力有关。植物的导管与筛管,就像人体的血管一样,把根、茎、叶、花、果等器官,连成一个纵横交错的“生命供给线”。

植物的落叶

深秋时节,天气逐渐变冷,许多树木脱去夏日的盛妆,开始落叶。落叶现象是植物减少蒸腾作用,渡过寒冷或干旱季节的一种适应,是植物在长期进化过程中形成的一种习性。

当然,有些热带和亚热带的植物,害怕忍受不了炎热的酷暑,在春季也会开始落叶,以适应高温炎热的夏日。因此,植物的落叶是对即将到来的恶劣季节所做的一种准备。脱落酸是控制叶子脱落的化学物质,它能抑制植物的生长,促使叶子脱落。在显微镜下可以看见叶柄基部的薄壁组织能强烈地进行分裂,形成一个脱离层。由于临近细胞中的果胶酶和纤维素酶活性增加,结果使整个细胞溶解,脱离层的细胞间彼此分离,便形成了一个自然的断裂面。秋风吹过,纤弱的叶柄已不堪一击,便会断裂,叶片也就飞舞着落向大地。

其实,落叶对于植物来说非常重要,不但可以减轻树木的生长负担,为来年的吐绿做准备,而且可以覆盖地面,保护根和落下的种子不受冻害。另外,落叶腐烂后,产生大量的有机质,可以改良土壤,保证树木有充分的营养,从而茁壮成长。

新知博览——植物的左和右

我们知道,大多数人的右手要比左手大一些,而极少数常用左手的人,他们的左手要比右手大一些。

在植物王国中也存在这种情况。有一些植物的花瓣、叶子、果实是右边的一半大于左边的一半,而另一些植物正相反,是左边大于右边。一般情况下,大多数的藤本植物都是沿着支撑物按逆时针方向盘旋上升的,如紫藤、菜豆、牵牛花等;只有极少数按顺时针方向缠绕的,如啤酒花和草。不知你是否注意到,植物叶片的生长方式也有左右之分。这些叶片都呈螺旋状排列在枝条或茎上,大多数植物的叶子是按顺时针方向盘旋生长的,只有少数是按逆时针方向排列的。而且,右旋生长的植物右边叶片较大,左旋生长的植物左边叶片较大。这一点与人类是多么地相像啊!

科学家们认为,植物体内能产生生长素,其作用是使细胞伸长,也能促进细胞分裂,还能促使不同植物的茎向不同方向缠绕。当然啦,它在叶、花、果实中的分布位置也不相同,因而导致这些器官的不对称生长,左右有大有小。

植物是如何呼吸的

呼吸是生物的一个普遍的生理过程,是一切生物所共有的生理功能。而且,呼吸不仅涉及植物的每个生活细胞,也是植物新陈代谢的重要组成部分。生物体的呼吸作用停止,也就意味着死亡。

呼吸既是生命活动提供可利用的能量,又为植物体内多种重要有机物的形成提供重要的原料及还原剂,从而把植物体内所有的代谢过程都带动起来,成为植物代谢的一个中心。因此,呼吸的性质和强弱必然会影响到植物的生活。

影响植物呼吸作用的因素

影响植物呼吸的因素很多,主要的有温度、氧气和二氧化碳。

温度对植物的呼吸作用产生的主要影响,是影响呼吸酶的活性。通常来说,呼吸强度在一定的温度范围内,随着温度的升高而增强。

作为植物正常呼吸的重要因子,氧气不足可直接影响植物的呼吸速度,也影响到呼吸的性质。在完全缺氧条件下绿色植物就会进行无氧呼吸,大多数陆生植物根尖细胞的无氧呼吸产物是酒精和二氧化碳。由于酒精对细胞有毒害作用,所以大多数陆生植物不能长期忍受无氧呼吸。通常无氧呼吸与有氧呼吸在低氧条件下都能发生,而无氧呼吸可能会因为氧气的存在而受到抑制,而且随氧浓度的增加,有氧呼吸的强度也会增强。

呼吸作用会因为二氧化碳浓度的增加而受到明显的抑制,这可以从化学平衡的角度得到解释。据此原理,在蔬菜和水果的保鲜中,增加二氧化碳的浓度也具有良好的保鲜效果。

植物呼吸速率的多样性

植物的呼吸速度随不同植物、不同组织、不同发育时期与不同环境条件而变化,如:大气中氧气和二氧化碳含量、温度的高低、机械损伤情况、水分与光照条件等。一般来说,生长快的植物呼吸速率也快,生长慢的植物呼吸速率也慢。如细菌和真菌繁殖较快,其呼吸速率就比高等植物快;高等植物中的小麦的呼吸速率就比仙人掌快得多。

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