北派小说网

神奇的植物（第1页）

神奇的植物

趣味的“花时钟”

鸡叫三遍天亮，牵牛花破晓开放，合欢、花生、番木瓜的叶子，白天迎着朝阳舒展，而晚上却会下垂或折合起来“睡觉”，这些是与昼夜交替有关的“日钟”。青蛙冬眠春晓，大雁北往南飞，夏季荷花吐艳，秋来丹桂飘香，这是与季节变更有关的“季钟”。生物的生命活动都有着一定的时间节律，科学家们把这种神秘的时钟般控制生物生命活动时间规律的调节装置称之为“生物钟”。“生物钟”，目前还只是停留在观察的一种现象上，而阐明“生物钟”的本质，控制住“生物钟”的进程，这正是生物学家们正在孜孜以求，力图破译的生命之谜。

在植物“生物钟”节律的现象中，开花的“季钟”和“日钟”的节律是表现得最为明显的规律之一，这也是生物学上进行物候观察的重要根据。

“春风桃李花开日，秋雨梧桐叶落时”（唐诗），春华秋实、花开花落，植物这种季节性变化的节律性，确实令人惊叹不已。就按季节顺序来说，一月的腊梅欺霜敖雪，二月的梅花压满枝头，三月的迎春把春报，四月牡丹花中王，五月的芍药千枝吐蕊，六月的丁香万花斗艳，七月的百合开遍原野，八月的凤仙艳丽妖饶，九月桂花香飘千里，十月芙蓉百态千姿，十一月**满地金黄，十二月象牙红俏点枝头。正是“年年岁岁花相似”（唐诗），在同一个地区这种花期季节性开放的规律，基本上是不变的。而每一种植物在开花季节，其每天开放的“日钟”节奏也很准时。象蛇床花约在凌晨3点开放，牵牛花在4点开放，蔷薇花在5点开放，龙葵花在6点开放，芍药花在7点开放，莲花在8点开放，白毛茛花在9点开放，半枝莲在10点开放，马齿苋花在12点开放，万寿菊在15点开放，茉莉约在17点开放，烟草花在18点开放，夜来香在20点开放，昙花在21点开放，月亮花在22点开放，夜香仙人掌则在24点才吐露芬芳。一般来说，多数花都在白天或黎明和傍晚开放，真正午夜开花的很少。

18世纪，著名的瑞典植物学家林奈，根据不同植物花朵开放的时间，为自己设计了一座别开生面的“花钟”。一到闲暇时，他只要看看花坛里开着什么花，就知道大约是什么时间了。这也是有趣的“花时钟”的由来。

花的开放为什么会固守一定的时间呢？一方面与上面所说一切生物的生命活动都与自然界环境的变化规律（如昼夜变化，季节变化，光、温变化等）相关联。如昙花，原产南非、中南美的沙漠地区，这里白天又干又热，只有晚上气候才较为凉爽、湿润。为了适应干热的气候，昙花只有晚上开放，才能使它那美丽娇嫩的花朵躲开被干热天气灼焦的危险。另一方面，开花时间也与它们的传粉方式有关。靠蜜蜂传粉的花，因蜜蜂“上工”最早，所以它们也得很早敞开花朵欢迎它们到来。靠蛾子传粉的花，因蛾子是夜间才活动，它们也必须在夜间开放才行。所以，花按一定时间开放，也是植物长期适应环境求得生存和繁衍的结果。

“生物钟”是一种复杂的生理过程，最终都会受到遗传基因的控制。到底如何才能弄清其中的奥秘，这就有待于生物科学工作者去研究和探索了。

绿色世界的数理奇观

绿色世界浩瀚深邃，绿色植物窈窕多姿。多少诗人骚客曾为之神往、陶醉，多少丹青妙手曾为之泼墨挥毫。然而，面对这苍茫浩渺的青山林海，科学家们却看到了蕴藏其中的奥秘，得到了许多可贵的启示！

创立座标法的著名数学家笛卡尔，根据研究的一簇花瓣和叶形曲线列出了x3+y3-3axy=0的方程式，这就是现代数学中有名的“笛卡尔叶线”或“叶形线”，数学家还给它取了一个诗一样的名字——“茉莉花瓣曲线”。

从千姿百态的绿叶和鲜花的外形轮廓和空间排列中，很早人们就可以找到用一定的数学公式来描述。托着娇艳花朵的睡莲，叶子的形状就是一个较为复杂的高次方程。而向日葵花盘上瘦果的排列，松树球果上果鳞的布局，菠萝果实上的分块，都是按照对数螺旋在空间展开的。至于植物外部的形态、结构则是那么符合几何原理并具有如此巧妙的对称、均衡和和谐的多样性。象许多植物的花，就几乎是完美无缺的呈辐射对称形。云杉和雪松的树形则为优美的圆锥状。生长在圆盘、圆柱、圆锥形植物体上的叶片，花，果实，均是按照数学规律在空间排列和顺序地逐渐展开的。

植物为什么要按照数学的规律来安排自己的叶片、花和果实呢？这是植物在大自然中长期适应和进化的结果。如向日葵花盘上瘦果的对数螺旋线的弧形排列，这样就可以使果实排得最紧，数量最多，产生后代的效率也最高。车前的叶片是轮生的，叶片间的夹角为137°30′，这是圆的黄金分割的张角。按照这一角度排列的叶片，能很好相嵌而又互不重叠，这是采光面积最大的排列方式，有效地提高了植株光合作用效率。建筑师们参照车前叶片排列的这一原理，设计出了现代化螺旋式的高楼，可以使高楼的每个房间都很明亮，达到较佳的采光效果。

高等植物的外形、茎干，也有其最佳的形态。许多树的树干，都是底部大，上部小，呈圆锥状。这是一种沉稳的、防倒伏的理想几何形状。从整体的树形来说，如云杉的枝叶的分市也是下宽上窄，树干愈到顶部愈细，分枝愈到上部愈短，也为圆锥形。这种形态利于植物抵御狂风暴雨的袭击而不致倒伏。比较一下云杉、雪松与古代宝塔或现代的电视塔的形态、布局，它们是多么相像。日本建筑师模仿云杉的形态，建造的一幢43层的大厦，不但可以抵抗强大的地震，就是楼顶在摆动幅度达70厘米的情况下，仍可安然无恙。

茎秆的结构，可说是力学家的“老师”。植物的茎绝大多数为圆柱状，少数为三角形或四棱形。原因是圆柱形最坚固，容量也最大。从植物本身讲，茎秆为圆柱形更有利于发挥茎的支撑和运输作用。你看那纤细而中空的小麦茎秆，直径虽小却仍能支撑起比它重几十倍的沉甸甸的麦穗及茎上长剑一样的叶片而不致折断。所以，圆形支持力最大。古今中外的大型建筑物都选用圆形的柱子作顶梁柱。

从植物茎内的组织细胞学统计还发现，许多草本植物的茎，其机械组织的厚度，常可达茎秆直径的七分之一。机械组织主要由维管束组成，它们嵌埋于细胞组织中，就像一根根钢筋贯穿于细胞组织的“砖石”、“水泥”之间，大大加强了植物的支撑能力。另外，中空的茎秆，按力学原理讲，中空与同样粗的同一材料的实心杆相比，它们的支撑能力是相等的。小麦茎秆结构的这种以消费最少的材料而获得最大坚固性的结构，正好成了当今中空水泥电线杆制造者的“老师”。

鱼尾葵、蒲葵、油棕等植物叶面的“之”字折扇状结构，具有较大的张应力。它可以承受外界给予的较大压力，在狂风骤雨中保持很强的柔韧性而不被撕裂、折断。一个有趣的力学小试验正好说明了这点。将一张白纸搭在两个相距23厘米的酒杯上，纸本身的重量就会把纸压弯。但如果把纸折叠成一厘米宽的折扇状放于两酒杯之间，这时，即使在折扇纸桥中间放一装满酒的酒杯，折扇状的纸也不会弯曲，这就是“之”字形结构的张应力发挥了作用。按照这一原理，工程师们设计出了波形板、瓦楞纸板，楼房顶棚等等新颖的建筑产品（图57）。

绿色世界给人类的启迪还有很多很多。从植物各种各样的外形、枝叶的排列，花、果的布局中，我们看到了生物的美，数学的美，物理的美。尽管人们对绿色世界的数理规律仍然只有一鳞半爪的了解，但科学的发展，将会进一步揭示它的规律。学习自然，模仿自然，改造自然，让自然更多地造福于人类。

无籽瓜果

当我们吃到无籽西瓜、无籽番茄、无籽葡萄或无籽蜜桔的时候，总是感到别有一番风味。瓜果中无籽的品种不少，造成无籽的原因也是多种多样的。

从植物本身的遗传特性来说，植物的开花结果，大多要经过传粉、受精等一系列过程。但有一些果树的子房，由于长期自然演化遗传下来的特点，它不用传粉，也不用受精，或者只要传粉的刺激，不需进行受精，都能结出正常的果实。这种现象在植物学上称之为“单性结实”。由于单性结实未经受精，所以产生的果实就没有种子，即为无籽果实。从生理上的原因来讲，有些植物虽然经过了正常的受精，但如碰上低温或营养不足，也可以使胚死亡而成为无籽果实。还有，如“无核白”葡萄，它们的肛和胚乳在正常情况下，只稍稍发育就转向败育，胚长不大，这样结出的果实也是无籽的。

在无籽结实的种种原因中，由于是三倍体植物而结出的无籽果实，似乎更为常见和更有意义。在这方面，无籽西瓜和香蕉是最好的例子。

普通西瓜为二倍体，细胞内有两组染色体，共22条。用0。2—0。4％的秋水仙素溶液处理普通西瓜，可使染色体数加倍，成为具有44条染色体的四倍体。将四倍体的西瓜与二倍体的西瓜杂交，就能得到有33条染色体的三倍体。无籽西瓜的33条染色体分为三组，每组11条。性细胞在减数分裂时一分为二，即每一半应有16。5条染色体。但实际上三组染色体并不均匀分配，而是有两组以整组各转移到一方，剩下的一组染色体自由地各加入一组，这样就导致染色体数有多有少，致使不能形成正常配子。所以三倍体西瓜雄株的花粉发育不好，空瘪的多，不能给雌花正常授粉。据统计，在2048粒无籽西瓜的花粉中，仅有2粒有受精能力，故是高度不孕的，能结籽的几乎仅仅为千分之一，自然也就很少有籽了。

香蕉的情况也很类似，不过它是由野生香蕉自然演变而形成的三倍体。野生香蕉为二倍体，细胞内有22条染色体。在野生香蕉进行有性繁殖时，它的卵细胞内的22条染色体同时跑到一极，形成了没有减数的二倍体卵细胞。当这种卵细胞和一倍体的**结合后，也就成了三倍体，所以结出的是无籽果实。

三倍体的植物一般不能结籽，对植物本身来说，于传宗接代、发展进化是不利的，但对人类则常常是极好的优良性状。在自然进化和人工培育的情况下，现在已形成了不少优良的三倍体作物新品种，如大而鲜嫩的三倍体桑叶、含糖量高的三倍体甜菜、生长迅速的三倍体杨树及无核蜜桔、巨型葡萄，等等。它们都是通过巧用染色体数目的变化而获得的。

近年来，我国还利用细胞工程技术，开展了柑桔、苹果、猕猴桃、枸杞等的胚乳培养工作。我们知道，胚乳是植物在受精过程中，**与两个极核结合的产物，在大多数植物中，胚乳是三倍体的。这样，通过胚乳培养，就有可能获得三倍体植物，从而获得无籽结实的作物新品种。目前，我国科学工作者已获得了猕猴桃、枸杞的三倍体植株，得到了种子数目明显减少的果实，进一步研究，将可能在由胚乳培养获得无籽结实植物方面有新的突破。

利用植物激素处理来诱导作物产生无籽果实，是农业上常常采用的方法。早在1935年，美国植物生理学家贾斯塔弗逊，用人工合成的萘乙酸等植物激素，第一次魔术般地使番茄、茄子、辣椒、西葫芦及一些观赏植物（秋海棠等）获得了单性结实的无籽果实。使植物激素的应用成为了诱导无籽瓜果的“点金术”。现在，在农业上利用这一技术十分普遍。如番茄，在花期用15—20ppm的2，4-D或20ppm的萘乙酸对植株喷雾或蘸花，就可以形成无籽果实。在葡萄上，用200ppm赤霉素对果穗喷雾，可以使无核品种的葡萄增产，使有籽的“玫瑰香”无核率达60—90％。用1—2％的萘乙酸或其他激素加入羊毛脂中，涂在西瓜雌花的柱头上，就可不用产生三倍体的方法获得无籽西瓜。农学家们用植物激素处理南瓜、甜瓜、黄瓜、茄子、辣椒等，都得到过果形、大小正常，品质良好的无籽果实。在果树方面，用植物激素诱导葡萄、无花果、柑桔、苹果、李、柿、荔枝、枇杷、枣、人心果等产生无籽果实的试验也已成功。

无籽的果实是美好的，除了靠大自然的恩赐之外，我们应该利用科学知识和手段，去向大自然索取，以便培育出品种繁多的无籽瓜果。

多倍体植物

“多倍体”，是指体细胞中含有三组以上染色体数目的生物体。象三倍体、四倍体……统称为多倍体。

绚丽多彩的各种植物中，多倍体植物尤为神奇：多倍体花卉植物，可以开出比二倍体植物大而鲜艳的花朵；多倍体作物，可以结出比二倍体作物更加丰硕的果实；多倍体的瓜果，还常常产生无籽的果实。

由于多倍体植物细胞内的染色体数目增多，它的细胞体积也明显增大。如四倍体萝卜叶片上的气孔就比二倍体的几乎大一倍；三倍体西瓜的花粉也大约比二倍体的大15％。多倍体植物除了细胞增大之外，生理活动也很活跃，新陈代谢旺盛，这些均为植物生长发育提供了更多的物质基础。所以，多倍体植物常常比二倍体植物要高大，花朵更大更艳，果实更加饱满。例如，世界闻名的郁金香，大约经历了近400年的栽培过程，由二倍体演变为三倍体以后，才以它大而艳丽的花朵赢得了人们的赞誉；水仙在19世纪80年代以前还是其貌不扬的“丑八怪”，直到它由二倍体变成了四倍体以后，才飘飘欲仙一跃而成了“凌波仙子”。多倍体作物在经济性状上也往往发生飞跃地改变。如四倍体“巨峰”葡萄，单果重增加到15—20克；四倍体黑麦、大麦、水稻，其干粒重比二倍体的分别增加38。4％、51。2％和66。8％；三倍体甜菜不但比二倍体甜菜生长发育快，而且可增产15％以上。

在地球上现存的二十多万种被子植物中，有三分之一属于多倍体植物。象东方草莓、智利草莓、麝香草莓、深红草莓以及巨型芋艿、欧州李、华北野红菊、湖北海棠等，都是大自然慷慨奉献给人类的宝贵礼物。

多倍体的植物是怎样形成的呢？经过科学家们长期的研究发现，主要是由于地质、光照、气候，特别是温度等环境因素的急剧变化所造成的。在骤变的外界条件下，就引起植物性细胞减数分裂发生异变，使有的配子失去染色体，有的配子则含有未减数的双倍染色体。特别是在后一种情况，只要未减数的**和卵子结合，就很容易形成多倍体。正因为如此，所以冰川边缘地区、沙漠和高山地带的多倍体植物明显地增多。象帕米尔高原，多倍体植物的比例达85％，在北极的柯尔古耶夫岛上，多倍体植物竟占92。4％。

大自然的启示，为人类提供了打开“多倍体”秘密之门的金钥匙。科学工作者模仿大自然的规律，采用各种物理方法来诱导产生多倍体。如模仿大自然变温的作用，把授粉时的玉米放在25℃的条件下，20小时以后，把温度突然升高到43—45℃，经20—30分钟后，再将温度降至25℃。这样，可促使玉米受精卵细胞的染色体加倍形成四倍体玉米。又如，用切割或嫁接的方法，从产生的愈伤组织上分化出小苗，再从小苗中也可以选出多倍体。再如，对番茄进行反复摘心，在伤口处产生的愈伤组织上也可以分化出四倍体的番茄来。而采用化学药剂诱导多倍体的方法则更为有效。秋水仙素是使用最为普遍和效果最佳的药物。用秋水仙素溶液（1％左右）浸种、涂抹芽、喷雾或注射于植物体上，都可以有效地获得多倍体。

八倍体小黑麦，是典型的人工合成的多倍体新种。我国的农业科学工作者，经过20多年的努力，将优质的六倍体小麦与抗性强的黑麦杂交，得到杂种一代，再将杂种一代染色体加倍，终于育成了体细胞有56条染色体的八倍体黑麦。它适合我国西南、西北等高寒地区栽种，产量分别比阿波、778等小麦品种提高了24％和61％。

多倍体育种，是大有希望的一种技术。在用化学药剂诱导多倍体成功以后，人工创造多倍体已完全成为可能。由于多倍体植物具有优质、抗逆性强、丰产性好等许多优点，所以在农、林、园艺上的应用前程似锦。

植物喜欢“听”音乐