第六章學生生理發現的啟迪1
1.奇妙的綠色“工廠”
地球上有家奇妙的“工廠”，那就是“綠色工廠”。
你知道嗎?這家“工廠”已有二十億年的曆史。它從開辦的那天起，就采用自動化生產，比現代電子計算機控製的工廠還要精密、靈巧；它的原料、動力都很巧妙地取之於大自然，用不著花錢購買；它的體積小到隻有在電子顯微鏡下才能觀察到。但是，它生產的食品卻多得驚人，全世界四十六億人口、上百萬種動物都得直接地或者間接地依靠它過日子。
這麼奇妙的“工廠”，當然要引起人們的興趣。長期以來，許多科學家為了叩開“工廠”的大門，洞察其中的秘密，曾嘔心瀝血，不辭勞苦，一代接一代地對它進行探索。直到現代，“綠色工廠”之謎才逐步被揭開。
一片綠葉好比一個工廠
“綠色工廠”開設在哪裏?它就開設在綠色植物的葉片內。
植物葉片的形狀各式各樣，有蒲扇似的棕葉，巴掌似的梧桐葉，眉毛似的柳葉，縫衣針似的鬆葉等等。它們都是由許多綠色的細胞組成。在顯微鏡下麵，你可以看見細胞裏有許許多多綠色的顆粒，這就是葉綠體。每個葉綠體都可以單獨地進行光合作用。一個葉綠體好比工廠的一個車間。
你也許感到詫異，那一片片隨風搖曳的綠葉怎能容得下那麼多的“車間”、擺得進那麼多的“機器”?
好，我們先來了解一下“工廠”的布局和設備吧。請你在庭院隨手摘一片闊葉片，肉眼能夠看到的是葉片的正麵和背麵都有一層表皮，即上表皮和下表皮。用小鑷子撕去表皮，露出葉肉，葉肉中間分布著許許多多葉脈。
如果把葉片縱切成薄片，放在低倍顯微鏡下觀察，就可以看到上下表皮好像是“工廠”的圍牆，它是由一層排列得很緊密的細胞組成的。表皮向外一麵的細胞壁上，有一層透明的、不易透水的角質層，它既能讓陽光透過“圍牆”進到“車間”，又可以保證“工廠”內部的水分不會輕易地散發出去。
葉片表皮上有許多很小很小的孔，叫氣孔，氣孔是由兩個半月形的保衛細胞圍成的，保衛細胞的壁調節著氣孔的開閉。
氣孔有多大呢?一般用微米來表示(一微米等於千分之一毫米)，據測量，一個氣孔寬約3~12微米，長約10~40微米。
葉片的上下表皮都有氣孔。一般地說，下表皮的氣孔數目比上表皮多一些。不過，不同的植物也不一樣，比如蘋果葉片的氣孔都在下表皮，蓮和睡蓮葉片的氣孔隻在上表皮。葉片上麵的氣孔多得驚人，通常在一平方厘米的葉麵積上就有100~16000個。氣孔的麵積約占葉片總麵積的1—2%。空氣和水就從這裏進進出出。
氣孔的開閉運動，是由保衛細胞的含水量決定的。
一般地說，在溫暖晴朗的天氣裏，葉片照光以後氣孔就開放，黑暗降臨時氣孔就關閉。但是，外界環境的水分和溫度也影響氣孔的開關。缺水的時候，氣孔關閉；溫度超過25攝氏度時，氣孔也關閉。你看氣孔的開閉跟外界條件的關係多麼密切呀!這也是植物對不良環境的一種適應性。
在葉肉裏有成束的葉脈，其中包括導管和篩管，它和根、莖的導管和篩管連通。葉脈像一條條四通八達的運輸線，源源不斷地把原料輸送到“工廠”裏來，同時把產品運出“廠”，供應植物體各個部分的需要。葉脈還是支撐葉片的桁架。
葉片中的主要部分是葉肉，不論它的重量或者體積，都占整個葉片的90%以上。葉肉是一群夾在上下表皮之間的薄壁組織。靠近上表皮的葉肉細胞呈圓柱形，排列得比較整齊，像一根根柵欄，叫做柵欄組織。接近下表皮的葉肉細胞，形狀不規則，排列得很疏鬆，細胞之間空隙比較大，很像海綿，叫做海綿組織。
如果用高倍顯微鏡來觀察葉肉的話，首先躍入你眼簾的是一粒粒晶瑩剔透的好像綠寶石似的葉綠體。
高等植物的葉綠體形狀像透鏡，平均直徑有10微米左右，厚有2微米左右。每個綠色細胞中葉綠體數目不一樣，從幾個到幾十個。上下層細胞所含葉綠體的數量也不一樣。蓖麻葉的柵欄組織裏，每個細胞約有36個葉綠體，海綿組織的細胞裏隻有20個左右。高等植物的葉綠細胞內所含的葉綠體數目較多，每個細胞裏有幾十個到100個，甚至還要多。而綠藻中數量很少，比如衣藻細胞裏隻有一個葉綠體，星接藻細胞裏有兩個葉綠體。
後來，科學家根據電子顯微鏡的觀察，知道葉綠體外麵被兩層透明的膜包著，裏麵是許許多多層綠色的膜，叫做層膜。這些層膜裏麵含有葉綠素，並且浸在水裏。因為有了它們，葉片才綠得醉人。
葉綠素不僅把植物裝飾打扮起來，給人以美的享受；而且更重要的，它是“綠色工廠”的“機器”，有了它，“工廠”才能出產品。
葉綠素分子的數量大得驚人，一個層膜單位裏約有一百萬個葉綠素分子，這樣，一片綠葉中的葉綠素分子的數量是很多很多的了。如果按重量計算，它又小得出奇，平均隻占葉片重量的千分之一。一平方厘米綠葉麵積內，隻有02毫克葉綠素；一公頃土地的綠色植物，也隻有13公斤左右的葉綠素。
“工廠”的原料
“好雨知時節，當春乃發生。
隨風潛入夜，潤物細無聲。”
這是唐代大詩人杜甫寫的《春夜喜雨》中的詩句，意思是好雨也懂得適應季節，隨著微風在夜裏悄悄地灑落，使萬物受到雨水的滋潤。
在自然界裏，所有生物的生命活動都離不開水。而對植物來說，更有另一種意義：水是“綠色工廠”的重要原料。沒有水，“車間”就開不了工。
有句成語“根深葉茂”是很有道理的。一棵健壯的植物具有龐大的根係，植物主要是通過根的幼嫩部分特別是根毛，從土壤中吸收水分。植物的根毛多得驚人，一株玉米的根，每平方毫米的麵積上約有420條根毛，豌豆的根上每平方毫米約有230條根毛。
植物的根不僅數量多，有的還埋得很深。非洲的巴惡巴蒲樹，它的根毛區就長在地下35米深的地方，專門吸收地下水。有趣的是，有些植物的根直接長在水中，比如浮萍，隨風漂流。有些植物的根懸空生長，比如廣東、廣西、福建等地的榕樹，它用氣根吸收空氣中的水分。氣根上麵雖然沒有根毛，可是在根尖的表麵有許多層死細胞，細胞壁比較厚，上麵有一些小孔，能夠吸收空氣中的水分，這些死細胞叫做根被。
除了水，二氧化碳也是“綠色工廠”的重要原料。
二氧化碳來自空氣。前麵講過綠色植物葉片的表皮上布滿了氣孔，每個氣孔都和葉肉細胞的間隙相通。氣孔除了調節植物用水以外，還用來吸收空氣中的二氧化碳。據估計，地球上植物葉片的氣孔，每年要吸進去1500億噸二氧化碳。如果你要檢驗一下二氧化碳對於植物的作用，隻要在葉片表麵塗上一層薄薄的凡士林就行了。凡士林把氣孔堵塞住，空氣中的二氧化碳就不能跑進去，要不了多久，葉子就枯萎了。
光有水和二氧化碳，“綠色工廠”也還不能開工，它還需要有動力，那就是陽光。