植物界的進一步發展,是沿著適應這一新的更為複雜的生存環境的道路前進的。
植物經過長期演化的結果,就產生了植物界的多樣性和複雜性。然而造成這種情況的因素很多,重要的有下麵這幾方麵。
植物在進化的過程中,它不斷地與外界環境條件作鬥爭。環境不斷在發生變化,植物的形態結構和生理功能也必然會跟著發生相應的變化。在變化的曆史過程中,有的植物不能適應環境的變化而被淘汰了,有的則發生著有利於生存的變異而被保留下來繼續存在,但它們已經不完全是原來的種類了。
由於某些地理的阻礙而發生的地理隔離,如海洋、大片陸地、高山和沙漠等,使許多生物不能自由地從一個地區向另一個地區遷移,這樣,就使在海洋東岸的種群跟西岸的種群隔離了。隔離使得不同的種群有機會在不同條件下積累不同的變異,由此出現了形態差異、生理差異、生態差異或染色體畸變等現象,從而實現了生殖隔離。這樣,新的種類就形成了。
在自然條件下,植物通過相互自然雜交或人類的長期培育,也使植物界不斷產生新類型或新品種。
今天,在海洋、湖沼、南北極、溫帶、熱帶、酷熱的荒漠、寒冷的高山等不同的生活環境中,我們到處都可以遇到各種不同的植物,它們的外部形態和內部構造以及顏色、習性、繁殖能力等,都是極不相同的。所有這些都表明植物對環境的適應具有多樣性,因而形成了形形色色的不同種類的植物。
單子葉植物和雙子葉植物
如果你在兩隻培養皿裏分別放上10粒小麥種子和10粒菜豆種子,然後給它們適當的水分、溫度和氧氣。這樣,本來幹燥的種子,一遇到水,就很快地吸收而膨脹,幼根首先鑽出種子外麵來,再過幾天以後,小麥和菜豆都長出葉子來了。但是你所看到的小麥幼苗隻有一片葉子,而菜豆卻有兩片葉子。這是怎麼一回事呢?
菜豆種子裏是沒有胚乳的,你隻要剝掉外麵一層種皮後,就可以看到兩片肥厚的白色豆瓣,這就是兩片子葉。子葉占種子最大的部分,它裏麵含有豐富的營養物質,代替了胚乳的作用,可以供給種子發芽和幼苗生長的需要。除了菜豆以外,蠶豆、大豆、棉花、柑橘、蘋果、黃瓜、向日葵以及其他蔬菜類作物的種子,也都具有類似的構造。
如果把小麥外麵的一層種皮剝掉的話,它的構造與菜豆就不同了,它隻有一片子葉,夾在胚與胚乳之間,裏麵養分很少,所以這一類種子裏,絕大部分由胚乳占據著。不僅小麥具有這樣的構造,水稻、玉米、高梁、大麥以及其他許多類似植物的種子也同樣如此。
小麥與菜豆播下去後,小麥長出一片葉子來,這片葉子不是原來的子葉,而是由胚芽長出的真正的葉子了;菜豆長出來的是兩片肥厚的子葉(豆瓣),然後再在上方長出真葉來。植物學家根據這些植物種子的不同構造,把像小麥種子一類構造的叫做“單子葉植物”,像菜豆種子一類構造的叫做“雙子葉植物”。
植物的根係
植物一般分地上和地下兩部分。地下的部分,我們叫它根係。根係是由幾種根組成的,一種最初從種子幼胚的胚根長出來的,長得比較粗壯,能夠垂直往土壤深處鑽,叫做主根。主根可以向四麵八方分叉,形成許多側根。側根又能夠再次分叉,形成三級根、四級根等。主根和側根上可以生出很多微小的根,嫩根先端還有許多白色的根毛,它們是吸收水分和養分的尖兵。
根係在土壤中的分布可以說有三大特點:深、廣、多。
根紮入土壤的深度,隨植物的種類和土壤的質地不同而不同。我國的棗樹,生長在幹旱土壤或丘陵地區,垂直根可以深達12米左右。有些蔬菜,根鑽入中也有1米左右。生長在沙漠裏的植物,在幹旱的環境裏,它們的根都練就了一套深入土層的本領。
根的數目極多,一株小麥的根可達7萬條,總長達500多米。一株玉米長到8片葉子的時候,側根的數目就有8000~10000條。如果把一株小麥的根毛接起來,總長度可達20千米。至於一株果樹所有根的總數和長度,就更為驚人了。
根係的分布範圍比樹冠枝條伸展的寬度還要大得多,一株27年生的蘋果樹,根係水平延伸的最大距離可達27米,超過樹冠的2~3倍。
植物的根係都長得這麼長、這麼多有什麼用呢?是浪費嗎?不!這是完全必要的,因為強大的根係首先可以把植物牢牢地固定在土壤中,根長得愈深,分布得愈廣,植物就愈不容易被大風刮倒。
根係是植物的兩大工廠(葉和根)之一,它負擔著艱巨而繁重的工作。我們知道,植物生活中不能沒有水分,以重量計算,植物身體各部分水分就要占80%以上。有了水分,植物這個綠色工廠才能製造出各種各樣供植物生長發育所需要的食物來。另外,水分還經常要從葉的表麵“逃走”,這叫做蒸騰。夏天溫度高,水分的蒸騰特別厲害,這時如果水分供應不及時,植物就要枯萎,嚴重的會幹死。有人做過統計,一株向日葵在一個夏天就需要水200~300千克。拿麥子來說,要結出500克麥粒,就需要約200千克的水。
植物需水量這麼大,靠誰來供應呢?當然要依靠根係從土壤中吸收。我們可以想象,如果不是龐大的根係與含有水分的土壤微粒廣泛接觸,哪能保證水分對植物源源不斷地供應呢?
植物在生長過程中還需要許多營養物質,如氮、磷、鉀、硫等。這些營養物質不能在空中獲得,必須依靠根係在土壤中到處尋找,有一些微量元素隻有在土壤深處才能獲得哩!因此,根係隻有分布得又廣又深,才能保證植物從土壤中獲取生長所需要的大量養分。
有趣的是,植物地下的根這麼多、這麼長還不滿足,它們還有一些“助手”。我們經常可看到在瓜藤的節上、玉米稈的基部,長出許多“不定根”來;有些植物如鬆樹等的根部,還寄生著一種真菌,叫做“菌根”。它們都能幫助植物吸收水分和養分。
由此看來,植物的根係愈發達,對於植物的生長就愈有利。我們常說“根深葉茂”,正是這個道理。
植物的莖
如果你把植物的莖切斷,觀察一下它的斷麵,就可以發現,一般植物莖的構造是這樣的:
最外麵一層是表皮,表皮上麵常常長著一些毛或刺;表皮的裏麵是皮層,皮層中有一些薄壁組織和比較堅固的機械組織,皮層和表皮都是比較薄的;皮層再往裏,就是中柱部分了。
中柱部分中,包含著一個一個地維管束,這是植物莖中最重要的部分,輸送養分、水分全靠維管束。中柱部分的最中心,也就是植物莖的最中心,叫做髓。髓具有很大的薄壁細胞,它的功用是貯藏養料。
可是有些植物,如小麥、水稻、竹子、蘆葦、芹菜等,莖的中間卻是空的。這是因為,這些植物的莖中央的髓部很早就已經萎縮消失了。
本來,這些植物的莖也是實心的。但是,莖中間變空對植物很有利,所以植物在長期的進化過程中,莖慢慢地變空了。
為什麼莖變空對植物有利呢
植物莖中的機械組織和維管束,就好像鋼筋混凝土建築物中的梁架,有了這些,就可以支持植物直立起來而不會倒伏。
我們知道,同樣分量的材料,造成中央空而較粗的支柱,比中央實而較細的支柱,支持力要強一些。如果植物的莖加強機械組織和維管束,減少甚至消失柔軟的髓部,就形成管狀的結構,那麼,它的支持力既大,又節省了材料。
禾本科植物,如小麥、水稻、蘆葦、竹子等是最進化的植物,所以大部分禾本科植物的莖都是中空的。
有些農作物(小麥、水稻等)的品種也容易倒伏,那是因為它們莖中的機械組織不太發達。我們可以用控製水分和氮肥,增施鉀肥的辦法,來增強它們的機械組織。
樹木的年齡
樹木都是比較長壽的。自然界中常有許多百年以上的大樹,甚至也有上千年的古樹,要知道它們的年齡,乍一看,好像是件難事。可是,當人們了解了樹木的生長特性以後,也就可以大體不差地說出一棵樹木的年齡來。“數年輪”就是一種很好的方法。
年輪,顧名思義,就是樹木莖幹每年形成的圓圈圈。在樹木莖幹的韌皮部內側,有一圈細胞生長特別活躍,分裂也極快,能夠形成新的木材和韌皮組織,被稱為形成層,可以說,樹幹的增粗全靠它的力量。這些細胞的生長情況,在不同的生長季節中有明顯的差異。春天到夏天的天氣是最適於樹木生長的,因此,形成層的細胞分裂較快,生長迅速,所產生的細胞體積大,細胞壁薄,纖維較少,輸送水分的導管數目多,稱為春材或早材;到了秋天,由於形成層細胞的活動逐漸減弱,產生的細胞當然也不會很大,而且細胞壁厚,纖維較多,導管數目較少,叫做秋材或晚材。
選一段從大樹樹幹鋸下來的木頭觀察,你可以發現,原來樹幹是一圈圈構成的,而且每一圈的質地和顏色有所不同。通過上麵的分析,我們就可以斷定:質地疏鬆、顏色較淡的就是早材;質地緊密、顏色較深的就是晚材。早材和晚材合起來成為一圓環,這就是樹木一年所形成的木材,稱為年輪。照理,年輪一年隻有一圈,因此,根據樹木年輪的圈數,我們就很容易知道一株樹的年齡了。但是,也有一些植物如柑橘,年輪就不符合這種規律,我們叫它為“假年輪”,因為它們每一年能夠有節奏地生長三次,形成三輪。因此,不能把它當成三年來計算。
年輪,可以說是樹木年齡的可靠記錄。
可是話得說回來,年輪並不是了解樹木年齡的唯一法寶,因為不是所有樹木的年齡,都可以用數年輪的辦法來測知的,隻有溫帶地區的樹木,年輪才較顯著。熱帶地區的樹木,由於氣候季節性的變化不明顯,形成層所產生的細胞也就沒有什麼差異,年輪往往不明顯。因此,要想推算它的年齡當然也就比較困難了。
銀杏樹分布廣但數量少,這有它本身的原因。銀杏有個俗名叫“公孫樹”,意思就是說,公公種下樹苗,孫輩才能吃到果子,形容銀杏是一種生長很慢的樹。
還有一個原因,銀杏是雌雄異株的:雄的銀杏樹,隻長雄性的花,雌的銀杏樹,隻長雌性的花,受精後才能結果。這樣,如果一個地方隻有雄樹,或者隻有雌樹,銀杏就無法受精,也就結不出果實來了。