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第9章 了解植物习性(3)

生物延续发展的本能确实是天地间的一种伟大的力量。有一些植物的雄蕊和雌蕊长在一朵花上,雄蕊上的花粉很容易落在雌蕊的柱头上,这叫自花传粉。由于这种植物的雄性细胞和雌性细胞的遗传性是一样的,所以生成的后代适应环境的能力不强,生命力较弱。

植物中的代数

人类很早就从植物中看到了数学特征:花瓣对称地排列在花托边缘,整个花朵几乎完美无缺地呈现出辐射对称形状,叶子沿着植物茎相互叠起,有些植物的种子是圆的,有些是剌状,有些则是轻巧的伞状……这一切向我们展示了许多美丽的数学模式。

创立坐标法的著名数学家笛卡儿,根据他所研究的一簇花瓣和叶形曲线特征,列出了x3+y3—3axy=0的方程式,这就是现代数学中有名的“笛卡儿叶线”(或者叫“叶形线”),数学家还为它取了一个诗意的名字一茉莉花瓣曲线。

后来,科学家又发现,植物的花瓣、萼片、果实的数目以及其他方面的特征,都非常吻合于一个奇特的数列一著名的斐波那契数列:1,2,3,5,8,13,21,34,55,89…其中,从3开始,每一个数字都是前二项之和。

向日葵种子的排列方式,就是一种典型的数学模式。仔细观察向日葵花盘,你会发现两组螺旋线,一组顺时针方向盘绕,另一组贝逆时针方向盘绕,并且彼此相嵌。

虽然不同的向日葵品种中,种子顺、逆时针方向和螺旋线的数量有所不同,但往往不会超出34和55,55和89或者89和144这三组数字,而每组数字都是斐波那契数列中相邻的两个数。前一个数字是顺时针盘绕的线数,后一个数字是逆时针盘绕的线数。

雏菊的花盘也有类似的数学模式,只不过数字略小一些。菠萝果实上的菱形鱗片,一行行排列起来,8行向左倾斜,13行向右倾斜。挪威云杉的球果在一个方向上有3行鱗片,在另一个方向上有5行鱗片。常见的落叶松是一种针叶树,其松果上的鱗片在两个方向上各排成5行和8行,美国松的松果鱗片则在两个方向上各排成3行和5行……

如果是遗传决定了花朵的花瓣数和松果的鱗片数,那么为什么斐波那契数列会与此如此的巧合?这也是植物在大自然中长期适应和进化的结果。

因为植物所显示的数学特征是植物生长在动态过程中必然会产生的结果,它受到数学规律的严格约束,换句话说,植物离不开斐波那契数列,就像盐的晶体必然具有立方体的形状一样。由于该数列中的数值越靠后越大,因此两个相邻的数字之商将越来越接近0.618034这个值。例如34=0.6182,已经与之接近,这个比值的准确极限是“黄金数”。

数学中,还有一个称为黄金角的数值是137.5°,这是圆的黄金分割的张角的数值,更精确的值应该是137.50776°。与黄金数一样,黄金角同样受到植物的青睐。

车前草是西安地区常见的一种小草,它那轮生的叶片间的夹角正好是137.5°,按照这一角度排列的叶片,能很好地镶嵌而又互不重叠,这是植物采光面积最大的排列方式,每片叶子都可以最大限度地获得阳光,从而有效地提高植物光合作用的效率。

建筑师们参照车前草叶片排列的数学模型,设计出了新颖的螺旋式高楼,最佳的采光效果使得高楼的每个房间都很明亮。

1979年,英国科学家沃格尔用大小相同的许多圆点代表向日葵花盘中的种子,根据斐波那契数列的规则,尽可能紧密地将这些圆点挤压在一起,他用计算机模拟向日葵的结果显示,若发散角小于137.5°,那么花盘上就会出现间隙,且只能看到一组螺旋线;若发散角大于137.5°,花盘上也会出现间隙,而此时又会看到另一组螺旋线;只有当发散角等于黄金角时,花盘上才呈现彼此紧密镶的螺线。

所以,向日葵等植物在生长过程中,只有选择这种数学模式,花盘上种子的分布才最为有效,花盘也变得最坚固壮实,产生后代的概率也最高。

树木与真菌相互依恋的秘密

树木和真菌相互依恋的现象,在很长一段时间内都是个难解之谜。在100多年前,一种叫水晶兰的植物引起了科学家的广泛兴趣。水晶兰的身上没有叶绿素,茎上不长叶子,而是覆盖着无色的小鱗片,形态上很像某些寄生植物。它不具备叶绿素,显然只能摄取现成的有机养料,那么它是如何得到有机养料的呢?是像腐生植物那样完全依靠自己获取营养,还是如同寄生植物那样从树根上获取呢?

经过研究发现水晶兰不是寄生植物,完全是从土壤里获得有机营养。水晶兰根的整个表皮上覆盖着密密麻麻的某种真菌的菌丝,菌丝体比表皮本身厚1—2倍。根的末梢在真菌鞘里,单独或成束的菌丝从四面与真菌鞘分开,这与寄生真菌有所不同,因为后者菌丝只在根的表面,而不会侵人到根的组织中去。显然,水晶兰是由菌丝承担着供水和营养的任务,在生理上取代了根毛的作用。

水晶兰中的奇妙现象,使更多的学者开始对兰科植物进行全面研究。他们发现,兰花的种子异常微小,外面有厚膜包着,里面几乎没有任何贮存的营养物质,而且它在人工条件下根本不萌芽。植物学家贝纳尔在偶然的机会下检查了巢兰的一个果实,看见里面有几个已经发了芽的种子,其实严格地说,它们已不是种子,而是极小的幼苗。贝纳尔在显微镜下解剖巢兰幼芽,发现幼芽细胞里都有极细的小纤维团,这是进人到兰花种子里的某种真菌的菌丝。当时,兰花和真菌共生的现象已为人所知,但谁也没料到,长在梭状茎上的真菌菌丝能穿过茎,进到成熟的种子内。为此贝纳尔提出假设:真菌进人到兰花的幼芽里绝非偶然,而是兰花种子萌芽必不可少的条件。

为了证实自己的假说,贝纳尔从兰花根上取得真菌小团,分别放在营养冻胶上进行培养,形成类似真菌的东西。与此同时,他在严格消毒条件下对兰花种子进行人工培养,但没有发芽,后来他往培养基中加了一小块“真菌”,结果很有效,当真菌菌丝一进人种子里,种子便开始萌发,几个月后长出了正常的兰花。这样他第一次证明了兰花种子萌芽时一定要有共生真菌才行。

那么,除了兰花以夕卜,真菌对别的植物是否也具有必不可少的作用?或者,由于它的介人会不会使某些重要的经济作物丰产高产呢?法国另一位学者康斯坦丁做了一个有趣的实验,他在法国阿尔卑斯山1400米高的山坡地同时种了(用种子而不是块根)两组马铃薯,一组是未施过肥的但有各种真菌的处女牧地,另一组是没有真菌的普通土壤地,以了解真菌对马铃薯有什么影响。

结果第一组的马铃薯受重叠真菌的严重感染,高质量的块根大丰收,而第二组的马铃薯却连一个块根都没结,显然用种子栽种的马铃薯离不开共生菌根真菌。今天,菌根真菌与植物生长发育关系的迷雾正在一层层拨开,但是在树木与真菌为什么要互相依恋的生理机制探索中,仍有许多难以解释的谜团有待于科学家去努力探索。

植物会招蜂引蝶

招蜂引蝶的花朵,不但有鲜艳的花瓣,还有香甜的花蜜。花蜜为什么那么甜呢?花蜜是花儿蜜腺细胞的分泌物,含有丰富的糖分。花儿为什么那么香呢?花香其实是一种叫“酯”的挥发性油液发出的香气。酯并无颜色,但很香。而且,越晒越香。

植物学家还发现,植物分泌花蜜的多少常跟天气有关。天气暖和、晴朗,花蜜就产得多。天气连阴下雨,气温低,花蜜不但产得少,而且稀薄。刮干冷大风的天气,花蜜的产量会很低。据统计在我国能产蜜的植物约有3000多种,其中枣花产的蜜又甜又香又黏稠,质量最好,油菜、紫云英、荆条、乌桕、龙眼产的蜜,质量也不错。

易被传粉的昆虫找到。经过实验,人们还发现,蜜蜂对白花和黄花特别敏感,蝴蝶则对红花特别有好感。在温带地区,昆虫对鲜红色的花朵并不感兴趣,所以那里的花朵大多数是白色、黄色或蓝色,而在热带地区,蝴蝶或蜂鸟,特别喜欢鲜红色的花,所以花的颜色中红色居多。

然而,大千世界无奇不有。有香花,也有臭花。这些臭花,靠逐臭的虫子来完成传粉作用。比如一种叫土蜘草的植物,花开之后,臭不可闻,不留神走近它的人,常常被花臭熏得捂鼻而逃。而素有世界之最的最大花——生活在印度尼西亚的大花草开的花,刚一开放,臭气尚不明显,待到花瓣全部显露,它就变得臭味刺鼻,吸引逐臭的蝇子前来吮吸花蜜。等蝇子就餐完毕,传粉已完成。

花儿不论香臭,都能吸引动物前来采花蜜。动物在这朵花儿上采过蜜,又去那朵花儿上采蜜,不经意之中,就帮助花儿传授了花粉,为植物的雌雄交配充当了勤劳的媒人。被子植物的传种接代就在这种互惠互利之中不断进行,植物界被子植物的繁衍也因此大大盛于裸子植物。

昆虫是怎样找到它所需要的花蜜的呢?除了花朵发出的香气以外,花的颜色也是很重要的。昆虫常常在很远的地方感觉到某地的花香,它们会不辞劳苦,远道而来,并根据花儿的颜色,采到满意的花蜜。有人做过试验,有8种颜色的花昆虫最喜欢。其中,白花、红花和黄花数量比较多,这3种花特另容。

植物“跳舞”的秘密

一般认为植物和动物不同,动物会活蹦乱跳,而植物却是直立不动的。但在中国华南、西南广大地区的丘陵山沟或山沟灌木林中,却生长着一种叫做“舞草”的植物,也有叫电信草、鸡毛草的。顾名思义,这是一种会“跳舞”的植物,虽然称为“舞草”,但不是草,而是一种灌木。

舞草对阳光非常敏感,在阳光的照射下,大叶旁边两枚侧生的小叶会缓慢向上收拢,然后迅速下垂,像钟表的指针一样,不息地回旋运转。同一植株上各小叶在运动时有快有慢,但很有节奏,此起彼落,蔚为奇观,而且可以从太阳升起一直舞到太阳落山。

每当夜幕来腐,舞草便进入“睡眠”状态,随着早晨的到来,它又开始翩翩起舞。关于舞草跳舞的原因,科学家们还没有研究清楚。至于舞草跳舞的作用,有人认为舞草跳舞可以起到自卫的作用,当它跳舞时,一些愚蠢的动物和昆虫就不敢前来进犯了;也有人认为舞草一般生长在阳光照射强烈的地方,为了不被强烈的阳光灼伤,两枚侧生的小叶就不停地运动,起到躲避酷热的作用。

舞草作为会动的植物,是一种有趣的观赏植物;同时,它还是一种草药,具有舒筋、活络、祛瘀等功效。

植物会变性

有趣,植物难道自己能改变自己的性别吗?它们是怎么变的?菠菜是雌雄异株的植物。人们发现,在高温影响下,雌株菠菜竟都变成了雄株菠菜。而在低温影响下,番木瓜的雌花在不断地增多,雄花却在减少。

在干旱的土地里,栎树和槭树越来越多地走向雄化,黄瓜种在湿度为80%的土壤里,要比种在湿度为40%的土壤产量提高好几倍,说明黄瓜在水分充足的时候,雌花生得就多。

甚至,外伤也能改变植物的性别。如果番木瓜的幼苗被无意中砍伤,它就会开雌花;有些植物开出的花和刚结出的小果子被人摘了去,它反而会多开花。

明?

在自然条件下,像温度、水分等诸多环境比较优越的情况下,就会出现植物雌性化的现象;而当环境条件比较恶劣的情况下,植物就会更多地出现雄性化的现象。

植物身体里有一种宝贵的东西,叫激素。在正常情况下,激素是可以保证植物的性别的。可是,环境条件一不正常,比如干旱、日照变化、植物受到损伤等,激素就“乱了方寸”,不是多分泌,就是少分泌,这样也会导致植物的性别发生变化。

超级植物

由于现在森林资源遭到越来越严重的破坏,生态环境因此出现了一系列不良的后果,人们更希望能有这样一种尽善尽美的植物:它能在短期内生长成树木,能保持土壤的肥力,还能防止森林火灾,甚至还能担负起为人类提供燃料食品和其他工业原料的重担……

事实出乎人的意料,这种超级植物是存在的。而且已经生存了许多年,最近终于被发现了。

这类“超级植物”多属于豆科。它们的名字很美,比如朱缨花、银合欢等。这些植物实在不愧为超级植物。

在温带,这些植物能迅速生长起来,而且它们目“坚强”的身躯要经受狂风暴雨的袭击和严重干旱的考验,为人类提供更多的资源。

在土壤里,它们的根系中拥有大量根瘤菌,根瘤菌把氮固定在土壤中,为特别需要氮肥的植物提供了天然肥料,比人类照顾的还好呢!而贫瘠的土地也慢慢地变得肥沃起来。

红色的朱缨花个子矮矮的,叶子很密。当森林起火时,它就是一道防火墙,不让大火继续蔓延下去;石梓树的树汁是柴油机很好的燃料,还能为造纸业提供纸浆;银合欢高达20多米,是真正的栋梁之材,叶子里含有丰富的蛋白质,工,而且生迅。

看!超级植物为人类提供了多么光明的前景。

植物的“武装自卫”

在公园里会看到枸橘,在农村房子周围也会看到枸橘,它浑身上下长满了粗剌,你要是不小心,被它剌一下,肯定皮破血流。因此,它在原野里,什么凶猛的动物都不敢碰它,它可以自由自在无忧无虑地过着太平无事的生活。

你到我国的华北、华东、华中、华南和西南山区旅行考察时,要特别留心一种带剌的树木,它的树干上、枝条上,连叶柄上都长满了大大小小的棘剌,野兽不敢靠近它,鸟儿根本无法在上面立脚,因此,它又有“鹊不踏”的。

在公园里,经常可看到构骨,它是一种常绿小乔木,叶子生得奇特,革质化,长椭圆状的四方形,每片叶子上有三四个硬剌齿,戳一下很痛,鸟儿也不敢在树上过夜,因此,它的绰号就叫“鸟不宿”。它结的鲜红或黄色果实,鸟儿只能望望,流流口涎,却不敢前来问津。

欧洲阿尔卑斯山上的落叶松,更是有趣极了,幼时的嫩芽被羊吃去后,就在原地方长出一簇剌针,新芽在剌针的严密保护下生长起来,一直长到羊吃不着时,才抽出枝条。

在非洲还有杀鹿的植物和杀狮子的植物。杀鹿的是马尔台尼亚草的果实,果实的两端像山羊角般的尖锐,生满针剌,形状可怕,有人称它为恶魔角。这种果实成熟后落在早中,当鹿来吃早时,果实就插入鹿的鼻孔,使鹿疼痛难受,有的竟发狂而死。

杀狮子的植物也是利用果实,果实上长有许多像铁锚一样的剌,长3—4厘米,非常坚硬。当狮子到这里来捕食,被它剌痛时,就非常恼火地张开血盆大口来咬它,这种果实上的铁锚,就钩住了狮子的上下腭和舌头,威风凛凛的狮子,这时什么东西也吃不了了,只能等着活活地被饿死。

此外,许多植物在受到昆虫的袭击时会生成一些特殊的化学物质如合成萜烯、单宁酸等,其中单宁酸可以有效地抑制昆虫的侵袭。

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