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第18章 植物天地(2)

由于代谢不同,同一植物的不同器官,非代谢(结构)组成的相对比重不同,以及与氧气接触程度不同等,也会带来呼吸速率的很大差异。通常来说,死细胞少的器官比死亡细胞多的器官的呼吸强度大;比起生长缓慢的老龄器官,生长旺盛、幼嫩的器官呼吸速度快;生殖器官的呼吸比营养器官强,花的呼吸速率比叶片要快3~4倍。而在花中,雌、雄蕊的呼吸则比花瓣及萼片强得多,雌蕊的呼吸比雄蕊强,雄蕊中又以花粉最为强烈。

在呼吸速率上,同一器官的个别组织也有不同。如果按组织的单位鲜重计算,形成层的呼吸速率最快,韧皮部次之,木质部较低。

不过,同一器官在不同生长过程中呼吸速率也有不同。比如叶片,幼嫩时呼吸较快,成长后就下降;到衰老时,呼吸又再次上升;到衰老后期,蛋白质分解,呼吸则极其微弱。在不同年龄中,果实(如苹果、香蕉、芒果)的呼吸速率也有同样的变化,嫩果呼吸最强,以后随年龄而降低,后期又会突然增高,呈现“呼吸高峰”——跃变期,这是因为果实此时产生了乙烯,所以促使呼吸加强。

总之,正是由于植物呼吸代谢的多样性,植物才能在多变的内在条件与外界环境下,适应环境条件的不断变化,顺利地满足多种生理功能的需要。也正是由于呼吸代谢的这些特点,才使它在整个生命活动中占有关键性地位,成为植物代谢活动的中心。

新知博览——陆地上最长的植物

在非洲的热带森林里,生长着参天巨树和奇花异草,也有绊人跌跤的“鬼索”——在大树周围缠绕成无数圈圈的白藤。

白藤也叫省藤,在中国云南也有分布。藤椅、藤床、藤蓝、藤书架等,都是以白藤为原料加工制成的。

白藤茎干较细,大约有酒盅口那样粗,有的还要更细些。它的顶部长着一束羽毛状的叶,叶面长尖刺;茎的上部直到茎梢又长又结实,也长满硬刺,而且又大又尖向下弯。它就像一根带刺的长鞭,随风摇摆,一碰上大树就立即紧紧攀住树干不放,并很快长出一束又一束新叶。接着,顺着树干它会继续上爬,而下部的叶子则逐渐脱落。爬上大树顶后,还会不停地继续生长,可已经没有什么可以用来攀缘了,但是它的茎越来越长,于是就往下堕,以大树当作支柱,在大树周围缠绕成无数怪圈。

通常来说,从根部到顶部,白藤长度达300米,比世界上最高的桉树还长1倍。白藤长度的最高记录可达400米。

植物的感觉、感情与记忆

植物有没有感觉?会不会产生感情?有没有记忆?这些都是科学家们长期以来很感兴趣的问题。几十年来,科学家们一直为揭开植物王国的奥秘进行了大量的研究和实验。

植物也有感觉

在对含羞草的研究中,植物学家发现含羞草是一种一年生的草本植物。当叶子被轻轻触动时,小叶片马上就会合拢,叶柄向小垂着。对含羞草这种敏锐的感觉进行研究后,植物学家发现含羞草在遇到触动时反应极快,通常是几秒种,甚至不到1秒钟。在用精密的仪器测量和分析后,植物学家的结论说,这种反应是基于电脉冲的,仪器中的电信号可以从含羞草的“皮部细胞”通过,也能沿着木质部分的管道通过,且受到刺激的电信号与动物受刺激的电信号十分相似,不难看出这种植物神经系统非常复杂。

可见,植物和动物一样具有感觉。1966年的一天,美国中央情报局的测谎机实验者克夫·巴克斯特在一株龙舌兰叶片上无意之中接上了测谎机的电极,而当他给植物浇水时,意外发现电流计图纸上竟然录下了图形,如同人在短暂感情冲动时那样。巴克斯特惊讶不已,他想,人体受到伤害时发出的电磁波最为强烈,那么龙舌兰的叶子被烧后会出现什么情况呢?进一步研究后,他发现实验示踪图发生了大幅度变化,很明显植物对此感到恐惧不安。他随后再次划燃火柴,发现示踪图在这一瞬间有明显不同。而当他手持燃着的火柴朝龙舌兰走时,图上的曲线增多。有趣的是,在巴克斯特将火柴划燃多次,却又不去烧它后,示踪图慢慢停止了变化。

原来,龙舌兰已经意识到,这种威胁不会发生,所以渐渐不再担惊害怕了。后来,在不同地方使用不同的机器对不同的植物进行相同的实验后,巴克斯特证实了植物有意识有感情。这个发现也被称为“巴克斯特效应”。

生物学家在经过多次实验后注意到,植物可保留13天左右的记忆力;而且还发现,植物的嫩芽里有一种能对引力有所反应的引力探测器,如果这种引力探测器被割,植物向上生长的能力就会遭到破坏。

此外,植物也有嗅觉,但是用身体的某个器官来感受的,而不是用鼻子。如果说植物有鼻子,那也许指的是叶子,这也是解释了植物特别是叶子容易被化学物质伤害的原因。

植物有着非常细腻的味觉,知道自己喜欢“吃”什么,爱“喝”什么,这就是为什么有些地方寸草不生,而有些地方却树木成林的原因。

植物的听觉也“因人而异”,不同的植物对不同频率的声波反应不同。日本科学家发现,西红柿、黄瓜特别爱听日本的“雅乐”。这些植物的叶子每当音乐响起时就开始舒展,叶面电流加快,迅速生长。美国科学家也发现,很多植物喜欢轻音乐,讨厌摇滚乐,长时间听摇滚乐后有些植物会慢慢地死去。

植物的视觉是指植物对光线的感受。如果衡量植物的视力以感受光线为标准,那么植物叶面对光线的感受力最强,也就是视力最强。在生活中人们不难发现,植物向阳的一面枝叶比较多;反之,枝叶较少。

植物为什么会有如此灵敏的神经系统和复杂的反应行为?科学家解释,起作用的是一种名叫茉莉酮酸的化学物质。当受到外界刺激时,植物会产生一种激素,这种激素把植物体内的亚麻酸转化成为茉莉酮酸,这一种化学物质类似动物体内的前列腺素,具有止痛和平息情绪的功效。茉莉酮酸挥发出去,还可以用来植物间互相联络。

植物并非草木无情

植物并不像人们所说的那样草木无情,它们也有思维、感情甚至鉴别能力。看看以下这几个有趣的实验:

有位歌唱家给藤本植物播放几种截然不同的音乐,结果发现在优美的古典音乐中,藤蔓长得又快又壮,而且会慢慢爬向音乐传来的方向。听了柔和典雅的东方乐曲后,金盏花根系会长得粗壮发达;而给这些植物听了时髦的摇滚乐曲时,它们都向相反的方向长,唯恐避之不及,甚至不幸死去。豆科植物如果听到好听的歌曲,随着乐曲,它那碧绿的枝叶就会兴奋地轻轻摇摆,好像在快活地跳舞;若给它听上一段噪音磁带,它就一动不动,显得无动于衷。

此外,植物也有喜有怒,有哀有惊。

生物学家用开水烫了一下蔬菜的叶子,通过灵敏的仪器,我们可以看出植物立刻不停发出痛苦呻吟的讯号。如果给植物放上一段毛骨悚然的声音,仪器也能告诉你,植物是怎样地惊惧、害怕。如果猛地把枝条或叶子撕扯下来,好像人的肢体在突然受伤后所遭受的猛烈痛苦一般,仪器上立刻会出现猛烈的电位差跳跃;而如果马上给它施一点氯甲烷来麻醉它,它就会立即平静下来。

有意思的是,植物也会感受人类的情绪。如果你开朗、乐观,料理植物得当,那么你养的植物就会生长得很好;可是如果你总是哀愁悲伤,心情沮丧,既使料理得当,你养的那盆花也总不好。

植物学家根据植物感情的特点,常给它开“欣赏课”让植物增产。在一块6英亩的大稻田里,一个印度科学家每天播放25分钟的交响乐,1个月后比起同样一块田里的没有听过音乐的水稻,这田里的水稻长得更加茂盛,平均每株高出30厘米。

现在,有许多“农业音乐家”正在研究不同生长时期各种庄稼的爱好,通过播放符合它们“欣赏力”的美好音乐,使它们生长得更棒,也研制各种杂草和病菌最怕“听”的噪音,就像歌曲里唱的“一定要把它们杀死”。

植物的记忆

如果有人说,像动物那样,植物也有记忆能力,恐怕很多人都不相信。但这是有一定科学根据的。曾在一种名叫“三叶鬼针草”的植物身上科学家们进行了一项有趣的实验,结果证明,有些植物不仅能接收信息,而且还有一定的记忆能力。

科学家在实验中选择了几株刚刚发芽的三叶鬼针草,整个幼小的植株总共只有两片形状很相似的子叶。研究者开始时用4根细细的长针穿刺右边一片子叶,使植物的对称性受到破坏。5分钟后,他们又把两片子叶用锋利的手术刀全部切除,然后再把失去子叶的植株放到条件很好的环境中,让它们继续生长。5天后,有趣的情况发生了:与那些针刺过的植株从左边(没受针刺)萌发的芽生长很旺盛不同,而右边(受到过针刺)的芽生长明显较慢。这个结果表明,植物依然“记得”以前那次破坏对称性的针刺。此后,经过多次实验,科学家又进一步发现,植物的记忆力大约能保留13天。

科学家们解释说,植物这种记忆不同于动物,因为它们神经系统没有与动物完全一样,但可能是依赖离子渗透补充而实验的。应当说,在目前关于植物的记忆,还是一个没有被彻底解开的谜。

相关链接——植物能欣赏音乐吗

羞羞答答的含羞草,伟岸挺拔的参天大树;养育生灵的植物,蕴含剧毒的植物;摇摆不停的跳舞草,以动物为食的猪笼草……在植物王国中总是有着形形色色的各种植物。这不,植物学家还发现了一种会欣赏音乐的植物。

一位法国农业科学院声乐实验室的科学家称,如果一个正在生长的番茄每天能“欣赏”音乐3个小时,由于“心情舒畅”,这只番茄就能成为世界上最大的番茄,长到2千克重。用音乐刺激法,英国科学家也曾培育出5.5千克重的甜菜和25千克重的卷心菜。日本山形县先锋音响器材公司下属的蔬菜种植场种植的“音乐蔬菜”,生长的速度也明显加快,味道的改善也非常明显。

在研究中科学家们还发现,植物不仅喜欢优美的乐曲,还讨厌那些让人烦乱的噪音。我国清代诗人侯嵩高非常喜欢弹琴和种花,写过一本名叫《秋坪欣语》的书,记述了一则“弹琴菊花动”的故事。书中称,一天夜里,他点上蜡烛弹琴,正十分起劲时,突然发现随着悠扬的琴声,书房里的菊花也“簌簌摇摆起舞”了。

1981年,科学家在我国云南西双版纳勐腊县尚勇乡附近的原始森林里,发现了一棵会小树也会“欣赏”音乐,当地群众管它叫“风流树”。人们发现,在“风流树”旁播放音乐时,随着音乐的节奏,树身就会摇曳摆动,仿佛一个翩翩起舞的少女。令人奇怪的是,如果播放的是轻音乐或抒情歌曲,小树的舞蹈动作就更加婀娜多姿;但当播放进行曲或嘈杂的音乐时,小树就不动了。

小树难道真的能听懂音乐吗?音乐对植物究竟有何影响呢?这还有待于科学家的进一步研究。

不停运动的植物

在一般人的概念中,似乎只有动物能动,植物是不会运动的,更别说能开原地走动了。其实不然,植物除了有向地性运动、向光性运动、向湿性运动、向肥性运动、感夜运动等原地运动外,还有-些草和树甚至可以整个儿地离开原地移动。

有趣的植物运动

美国西部的-种滚草会在天气干燥、风大、没水的时候连根拔起,卷成一个球形,随风滚动。在滚动中如果它们遇到了障碍物,就会逐渐停下来,然后把根扎进土中,又重新生长起来。这种植物是靠风力滚动的,还有靠力量走动的植物。禾本科的野燕麦就是靠湿度变化走动的。野燕麦种子的外壳上长着一种类似脚的芒,芒的中部有膝曲。膝曲在地面湿度变大时会伸直;在地面湿度小时恢复原状。这样在-伸-屈之间不断前进,一昼夜就可推进1厘米。

还有-种长生草在北方松林里生长,靠自身力量可以做翻身运动。这种矮生肉质植物外形如一个莲座。莲座上通过新茎可以生出一些小莲座,作为大莲座的子女,这种小莲座长到一定程度就会脱离母体掉到地上。小莲座掉到地上后有的侧着身子,有的四脚朝天。这时,在接触地面部分急剧生长的叶片帮助下,侧身的小莲座们就会挣扎着转过身来,使小莲座恢复正常位置。而底部朝天的小莲座翻身则要靠根的力量。小莲座还会生出-条至数条根来,扎进土中,靠-条根的力量或数条根的合力,使小莲座慢慢翻过身来。几条根的拉力方向如果不同,小莲座翻不过身来,就会死去。

可见植物也是会运动的,而且运动方式还十分奇特。

向光性运动

盆载植物一面受光时植株会弯向一边,植物随光的方向而弯曲的向性运动就是向光性运动。向光性的产生,与植物的生长素不对称分布有关。背光的一边生长素多,细胞伸长得快;向光的一边生长素少,细胞伸长得慢,因此便形成了向光的弯曲。

生物学家达尔文1880年就对葵花向阳发生过兴趣,同时还发现,室内种的花草及水稻、麦子幼苗也有向着阳光方向弯曲的迹象。他做了个实验:切去向日葵的幼苗顶端,或用东西遮住,虽然这些幼苗还能向上生长,但却不会发生向光性弯曲,于是他认为,幼茎的顶端可能存在某种物质能引起弯曲生长。达尔文的观察也同样引起了许多科学家的兴趣。

1933年,这个植物之谜终被解开,化学家从幼苗顶端提取到好几种物质,它们能刺激幼苗茎部背光面细胞加速分裂而弯向阳光,被称为植物生长素。葵花之所以向着太阳转,正是由于生长素总是在茎部背光面细胞从而加速了分裂。但是,近年的最新研究结果表明,除了具有生长素浓度的差异外,向日葵茎端生长区的两侧还有叶黄氧化素浓度的差异。在向光一侧,具有较高浓度的叶黄氧化素,而后者是脱落酸生物合成过程的中间产物,主要功能是抑制细胞的伸长。实验证明,当光从一侧照射半小时后,向日葵茎端生长区两侧的叶黄氧化素与生长素的浓度正反相对,即叶黄氧化素在向光面的含量高,背光面低。因此,生长素和叶黄氧化素的共同作用导致了葵花的向阳性。

向地性运动

除了向光性运动外,植物还有“向地性运动”(受地心引力影响而决定生长方向),包括根的正向地性运动和茎的负向地性运动。

植物的茎总是向上生长,而根总是向下生长,其原因在于:茎和根的细胞对生长素有着不同的反应,促进茎细胞伸长生长素的浓度,可以抑制根细胞的伸长。换句话说,这是因为茎细胞和根细胞对生长素的敏感性不同造成的。也有的科学家认为,根的向地性根源于根细胞中含有一些特殊的淀粉粒(又叫平衡石)。它们具有较大的比重,受重力的影响总是在细胞的底部沉积着,好像起着一种平衡作用,即对根细胞产生一种压力,使根向下生长。

另外,还有“向水性运动”(根在地下四处伸展“寻水”)和“向化性运动”(寻找养料)等。这些向性运动都是对生活环境的适应结果,也是对各种不同刺激的反映。

感性运动