植物也需要“呼吸”
人不停地进行呼吸,植物也同样日夜不停地进行呼吸。只因为白天有阳光,光合作用很强烈,光合作用所需要的二氧化碳,远远超过了植物呼吸作用所能产生的二氧化碳。
因此,白天植物好像只进行光合作用,吸进二氧化碳,吐出氧气。到了晚上,阳光没有了,光合作用也就停止了,这时植物就只进行呼吸作用,吸进氧气,吐出二氧化碳。然而,植物从哪儿吸气,又从哪儿吐出气呢?
植物与人可不一样,它全身都是鼻孔,它的每一个活着的细胞都进行呼吸:气体通过植物体上的一些小孔与薄膜而进进出出,吸进氧气,吐出二氧化碳。
植物的呼吸作用,要消耗身体里的一些有机物。但是要知道,它消耗有机物不是没有意义的。植物的呼吸作用消耗有机物,实际上就是用吸进去的氧气使有机物分解,有机物分解以后,把能量释放出来,作为生长’吸收等生理活动不可缺少的动力。当然也有一部分能量,转变成热散失掉了。
植物的这种呼吸作用叫做光呼吸,和光合作用有密切的关系,光呼吸要消耗掉光合作用所产生的一部分有机物。有些植物的光呼吸较强,消耗的有机物就多些;有些植物的光呼吸较弱,消耗的有机物就少些,这对植物的产量有直接的关系,所以大家相当重视对植物光呼吸生理功能的研究。
植物也有“感觉”
随着科技的进步,越来越多的发现证明植物也是一种极其复杂的活机体。它们也可能得感冒消化不良皮肤病传染病甚至癌症。
植物还具有嗅觉。在传粉期间,为了吸引昆虫前来传粉,有的植物会散发出一种尸臭味,诱使苍蝇、甲虫等前来产卵,借机传粉,可在平时,植物则根本没有这种气味。这种模仿能力也证明了植物存在嗅觉。
植物具有感觉。尽管工作原理不同,但是植物的感觉还是很敏锐的,有的植物为了避免长时间光照造成的伤害,能使自己休克,好像疲倦地睡着了。同动物一样,植物也是自然发展的产物,尽管存在的形式不同,毕竟来自同一祖先一活细胞,因此植物具有疼痛感。当折断植物的枝、叶时,测定的电位差出现电压跃变,就好像受难哑巴的哀哭。当用镇静剂处理伤口时,植物居然神奇地安静下来。
植物运动也千姿百态,像合欢树叶的开合、含羞草叶的闭合、还有舞草的舞动,都给人美妙的感觉。
另外,几乎所有的植物都可对磁场的微妙变化做出反应,有一种植物的叶子可指向四个标准方向。
同是生物,我们没有什么理由去虐待美好的植物。
全息现象
全息是1948年物理学家戈柏和罗杰斯在发明了光学全息技术后所提出的一个概念。
植物的全息现象,在大自然中,已从形态’生物化学和遗传学等多方面找到了论证的实例。如植物体上的每片叶子往往是整个植株的缩影。叶片顶端对应着植株上部,而叶柄一端对应着植株的基部。
让我们看看棕榈树的叶子,有着长长的叶柄和蒲扇般的叶面,把它竖起来一看多么像一棵整株的棕榈树形!又如,菱叶海桐叶是聚生在枝顶端的,它的叶子也是上大下小,呈倒卵形;甘青虎耳草全株下部叶多且大,叶为卵形。再如,悬铃木叶片一般深裂为3,而它的分枝也是3个主要分叉。
叶脉分布形式与植株分枝形式也与全息相关。如芦苇、小麦等平行叶脉的植物,它们都是从茎的基部或下部分枝,主茎基本无分枝;相反,叶脉为网状脉的植物,它们的分枝也多呈网状。
在植物的生化组成上,也有明显的全息现象。例如高粱一片叶子的氰酸分布形式与整个植株的分布形式相同。在整个植株上,上部的叶含氰酸较多,下部的叶含氰酸较少;在一片叶上,也是上部含量较多,下部含量较少。人们把这种叶的形状反映了植株体的全部的现象叫做叶的全息律。
更有趣的是,同一株植物在不同的生长发育时期,它的叶片形状,也正好反映生发的植的形。
如青菜,从苗期到抽薹、开花、结实期,它的植株外形有明显的变化,从莲座形变成宝塔形,而青菜相应时期的叶片,也逐渐由倒卵形变为;脏形。柳树也是如此。第一年割去枝条,次年在基底新生枝上的叶是狭倒披针形的,因这时叶是在全株的上部’而成年的柳树,叶则为披针形。
不仅如此,当许多植物工作者把植物的器官组织进行离体培养时,也发现了植物的全息现象。比如将百合的鱗片消毒后进行离体培养,鱗片基部较易诱导产生小鱗茎,即使把鱗片从上到下切成几段,同样发现小鱗茎都是在每个切段基部首先产生,且每段鱗片上诱导产生、鱗茎的数量,也呈现由下至上递增的规律,这种诱导产生小鱗茎的特性与整株生芽的特性相一致,呈全息对应的关系。
在植物组织培养过程中,以大蒜的蒜瓣及甜叶菊’花叶芋和彩叶草等多种植物叶片为材料,进行同样的试验,都能观察到这种全息现象。
植物全息的规律应用于农作物的生产实践已产生了令人吃惊的效果。如栽种马铃薯时,传统的习惯是将块茎上的芽眼挖下作“种子”。人们根据植物全息原理推测:马铃薯在全株的下部结块茎,对于全息对应的块茎来说,它的下部(远基端)芽眼结块茎的特性也一定较强。为了验证这一点,他们选择几个不同品种的马铃薯,分别取远基端芽眼切块与近基端芽眼切块进行栽种对比实验,果然不出所料,前种处理(远基端)均获得增产。
其实,人们在长期生产实践中所采取的一些措施也是符合植物全息律的,只不过未意识到罢了。如农民留玉米种时,总习惯把玉米棒中间或偏下的籽粒留下作种,而这种方法是符合生物全息律的。
因为玉米棒是在植株的中部(或偏下)着生的,而作为植株对应全息的玉米棒,其中间(或偏下)着生的好粒,在遗传势上也一定较强。
植物“发烧”了
植物和人一样,热量是通过呼吸作用释放出来的。科学家们对此做了大量观测,例如一种叫斑叶阿若母的天南星科植物,当它们即将开花传粉时,会在一片喇叭形的佛焰苞里直挺挺地伸出一根尖细的散发着臭气的佛焰花序。
花序基部是分层着生的雌花和雄花,包在佛焰苞里,花序上部没有花,但呼吸作用却异常强烈。组织中每小时的耗氧量竟高达它自身体积的100倍,几乎和一只飞翔着的蜂鸟的耗氧量相当。这种呼吸与通常的呼吸作用不同的是,释放出的能量绝大部分转化成热能,所以是一种产热呼吸。
产热呼吸足以使佛焰花序的温度升高20,而这比环境温度整整高出15,如果用手触摸花苞,你会感到非常温暖。天南星科的海芋开花时,也具有这种产热呼吸。这类植物在开花期间,为什么要以如此高的速率来消耗掉自身的能源物质?科学家对此研究后认为,佛焰花序的发热是一种有益于其传粉的功能一“热”花可以引诱昆虫来传粉。
因为这类植物的传粉主要依靠一些对热相当敏感的逐臭食腐蝇类。开花时发热有利于花序中的胺、吲哚和3—甲基吲哚等带有臭味的化学物质四处挥发。热敏的食腐蝇类便会寻热逐臭而来,爬进花苞内,把雄花的花粉传给雌花,促进植物的繁衍。
另外,在寒冷的条件下,这种产热呼吸可不必借助昆虫而完成授粉。在美国东部,气温通常在0.以下,有一种叫做臭菘的天南星科植物,它的佛焰花序在繁殖期间所散发的热量可比环境高出20。这些热量不仅使花保持温暖,而且还能融化花周围的积雪。
更使人惊异的是,臭菘佛焰苞内外温度的差异形成一种空气的“涡流”,佛焰苞内成熟的花粉随着热空气的“涡流”,像受到一种引力’被从花序上部成熟的花吸到下部来传粉。也就是说,随着空气的运动,臭菘可不必求助昆虫来传粉,在冰冻三尺的酷寒条件下,凭借这种热气体传粉的方式,可顺利完成传。
绿叶变红
人们平时总是说绿叶红花,仿佛叶子总是绿色的。确实,在大自然中,树叶和其他植物的叶子在绝大多数时间里几乎都是绿色的。可也有些树种,在秋天时它的树叶颜色会起变化。有名的北京一景一香山红叶,那漫山遍野的红叶,真使游人陶醉而流连忘返。江南一带的枫树,到了秋天,也是一派红枫如火的景象。唐代大诗人杜牧的名句“霜叶红于二月花”便是对秋天枫。
那么,叶子的红色是怎么染上去的呢?原来叶子的颜色是由它所含的色素决定的。一般的叶子含有大量的绿色色素,我们叫它叶绿素。另外还有黄色或橙色的胡萝卜色素,也还有红色的花青素等。
叶子的叶绿素和胡萝卜素是进行光合作用的色素。它们在阳光作用下,吸收二氧化碳和水,吐出氧气,产生淀粉,所以叶绿素是十分活跃的家伙,但它也很容易被破坏。夏天的叶子能保持绿色,是因为不断地有新的叶绿素来代替那些褪色的老叶绿素。到了秋天,天气逐渐转冷,大多数叶绿素的产生就会受到影响。叶绿素遭破坏的速度超过了它生成的速度,于是树叶的绿色逐渐褪掉,变成了黄色。那黄色就是因为胡萝卜素还留在叶子里。
有些树种的树叶会产生大量的红色花青素,叶子就开始变红了。叶子产生花青素的能力和它周围环境的变化有很大关系。如冷空气一来,气温突然下降,植物中的花青素就容易形成。因此秋天有些树上的树叶就会变红。
秋天的红叶使景色增添了色彩,变得更加美丽、迷人。可是至今为止,人们对于花青素究竟是怎样的物质,它在植物叶子中起什么作用还不清楚。这将有待于科学家们进一步研究。
植物的“代谢”
人生存所需的能量、营养是通过“代谢”获取的,一旦某种“代谢途径”出了问题,健康就会受到影响。
同样,由“代谢产物”决定的蔬菜、水果的营养、色泽、口感、抗病性等不同品质也是这样。同样是西红柿,有的皮厚耐贮藏,有的皮薄易烂;有的偏酸富含维生素C,有的偏甜口感好。到底是哪些“代谢物”引起了这些差异?谁是真正的控制因子?如何才能获得理想的品质?中外科学家的一项最新研究,首次揭开了植物代谢的奥秘。
中国农业科学院留荷学者、荷兰格罗宁根大学生物信息中心傅静远博士和荷兰瓦赫宁根大学的J.J.B.Keurenties以及C.H.R.devos博士联手,创造性地将遗传基因组学的新理论,运用到代谢组学上。他们揭示出75%的代谢产物的差异性是遗传因素引起的,而不同生态型间的“代谢物”组成的巨大差别,表明了代谢物对提高植物的环境适应性有着重要作用,也决定了作物的营养、抗性和其他重要品质。
这一最新研究成果发表在世界顶尖科学杂志《自然遗传学》上。
研究人员选用了被称作植物界的“小白鼠”拟南芥做模型。傅静远博士说,X对拟南芥的研究,可推广到粮食以及花卉、蔬菜等作物。研究发现,类黄素代谢的新基因只存在于生态型“Ler”中。
研究人员在对拟南芥14种生态型和160个“L;”和“Cvi”生态型杂交形成的杂交重合体,进行了非特异性代谢产物分析后,共分离出2500种代谢化合物。其中,只有13.4%的代谢物存在所有14种生态型中,而706种代谢物是各生态型特有的,有853种代谢物只在杂交重合体中产生。
研究证实,在单一植物不同生态型中存在着显著的代谢差异,而杂交过程可以导致代谢物组成和数量上的变化。这一发现,对传统育种代谢工程的改造和生物技术的发展有着重大意义。
用这种方法,研究人员全面掌握了代谢调控的主要基因位点,通过这些位点的筛选、变异,可大大提高育种效率。对全面、整体研究代谢途径提供了可能,并有助于发现新的代谢物和代谢途径。
傅静远博士说,此前,一直是对代谢途径作“窗口式”的研究。如今,用遗传学、生物信息学的方法,却打开了“一扇门”。
由此,寻找出水稻、小麦、玉米等粮食作物及各种蔬菜、花卉的同位基因,从而提高育种效率并且加快农业生物技术的进程。
植物传播种子
春天,当你乘上飞机,向地面看时,你会发现,在你眼下的山川,好似穿上了一件绿色的罩袍。山,披上了绿色森林的外衣;平原,覆盖着绿色的草地;甚至热带小岛和海岸,也有一排排威武的椰子、槟榔在为它们站岗放哨。天涯海角,无处不有绿色植物的踪影。
你也许会问:植物,一生都只固定生长在一个地点,是谁把它们的代表送到地球的各个角落去的呢?是人吗?不错,这里面有人的功劳。你看,原产南美洲的玉蜀黍,今天不是已经在地球上的另一面一我国,安家落户了吗?
源于南方沼泽地的水稻,今天也已出现在万里之外的北方水田中。人的栽培活动,把栽培植物从它们的起源地,远远地带到了四面八方。可是地球上还有几十万种野生植物,又是谁来帮助它们迁徙的呢?
植物主要是靠传播它们的繁殖
体——种子和果实来扩大它们的分布区域。能把自己的种子和果实传播得愈远,这种植物的后代就能占据愈大的领土,这一个物种也就能在地球上更好地繁衍生息,欣欣向荣。所以,各种植物在它们的进化历程中,都练就了一身传播种子和果实的好本领。除此之外,它们也都各自找上了一位配合默契的好帮手,共同来完成形形色色的传播活动。
你一定熟悉田野里的蒲公英吧,它的果实很小,但在头上却顶着一簇比果实本身还要大的绒毛,微风吹来,那簇绒毛就像打开的降落伞似的,带着果实,乘风飞扬,远离母株,飞到很远的地方,降落下来,在另一个地方,开始繁殖新的一代。我国南方有一种大树,它的果实像一把把又阔又长的大刀,高高地悬挂在树梢上。成熟时,果实开裂,无数种子飞散出来,好像一群粉蝶在空中翩翩起舞。要是你能抓到一枚,你将看到这是一种多么奇妙的种子呀!托在手掌里,一点也感觉不到它的分量,可它却有一块手表那么大呢。种子本身很,但它三面都连着一层像竹衣似的半透明薄膜,外形活像一只平展双翅的蝴蝶。这种种子可做中药,人们形象地称它们为木蝴蝶,而植物本身也就获得了这一。
蒲公英、木蝴蝶它们有着共同的帮手——风,来协助它们传播种子和果实。凡是靠风力来传播的种子或果实,都会长出像蒲公英的绒毛或木蝴蝶的薄膜这一类的翅膀。翅膀能使种子和果实的比重减轻、浮力增大,一旦风起,它们就随风飘去,越飞越高,越飞越远。杨树、柳树、榆树和枫杨等,都属于这类靠风传播繁殖体的植物。
生长在水中或水边的植物,很自然地,它们要靠水的帮助来传播繁殖体。
椰子可算是植物界最出色的水上旅行家了。椰子的果实有排球那么大,果实的外面有层革质外皮,它既不易透水,又能长期浸在又咸又涩的海水里而不被腐蚀;果实的中层是一层厚厚的纤维层,