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第6章

作者:法-乔治·布封/译者:赵静 当前章节:6941 字 更新时间:2026-7-17 02:47

被子植物

被子植物是植物发展进化的最高阶段,其器官和系统在植物界也是进化得最完善的,它们在地球上占有绝对的优势。目前人类已知的被子植物共有一万多属,二十多万种,占植物界所有种类的一半。被子植物的种类和数量间接地说明了它适应环境的能力很强,这与其内部结构的复杂化和完善化是分不开的。

根与茎

根主要是固定并支撑植物体,吸收植物体所需的水分和矿物质,可以有效地改善土壤的结构,让土壤变得更适合植物的生长。茎则是植物的支柱和运输线,既要支撑植物的繁枝茂叶,又要负责输送来自根部的水分和养料。

植物的根一般都长在地下,它总是默默无闻地工作着,担负着固定植物、吸收土壤水分和无机盐的重任,为植物的抽枝长叶和开花结果尽心尽力。同时,它还有效地改善了土壤的结构,为植物的生长创造了最适宜的环境。

根对于植物的生长主要起到三种作用:①固定并支撑植物体。这点对被子植物而言尤为重要,因为这类植物往往有着极其高大的躯干,正需要土壤中无数的根,像无数只爪子一样,牢牢地抓住泥土,使植物上部稳稳地挺立着,即使狂风暴雨也不会倾斜。②吸收植物体所需的水分和矿物质。植物根尖的表面生长着许多根毛,尽管极其细小,但植物从土壤中所汲取的水分和养分全是它们的功劳,这些根毛伸展在土壤中,就如一架架微型“抽水机”,抽取了土壤中大量的水分和矿物质。③根可以有效地改善土壤的结构,让土壤变得更适合植物的生长。

马铃薯的根

马铃薯就是土豆,它是从块茎生长而来的,块茎就是我们平常食用的地下茎部分。当马铃薯母株死掉后,留在土里的块茎会在来年春天发芽,长出新的茎。

然而,植物界中并不是所有的根都具备这三个作用,还有许多奇形怪状的根,担负着特别的任务。例如,专门用来呼吸的呼吸根,加强支撑作用的支柱根,肉质肥厚、营养丰富的储藏根,从其他植物吸收营养的寄生根,等等。

植物的根一般呈圆锥形,由主根和侧根组成。主根是植物根最粗壮的部分,其上长出的一些细小的根就是侧根。有些植物的主根和侧根比较明显,轻易就能分辨,如大豆、油菜等;有的植物则很难分辨,如玉米、小麦等。植物根的顶端部分被称为根尖,根尖又分为根冠、分生区、伸长区和根毛区,其中根毛区是负责从土壤中吸收水分和养分的。

茎是植物最显著的部分,它就如人体的脊椎,使植物的根、芽、叶、花串联成一个整体,同时,它还担当着输送来自根部的水分养料的职责。

茎,包括芽、节和节间。其顶端称为茎尖,而茎就是由茎尖的分生组织不断分生而成的。此外,茎尖又分为三个部分:分生区、伸长区和成熟区。茎一般有四种不同类型:①直立型,顾名思义,就是指直立向上生长的茎,一般的被子植物都属于这种类型。②缠绕型,这类茎由于不能直立,必须缠绕在支持物上才能生长,其典型代表为牵牛花。③匍匐型,由于其性细长而柔弱,因此这类植物只能蔓延生长在地面上,比如地瓜、西瓜等。④攀缘型,这类茎幼小不能直立,以植物自身特有的结构攀缘在支持物上生长。

直立茎

直立茎,即茎干垂直地面向上直立生长,大多数植物的茎是直立茎。在具有直立茎的植物中,又分草质茎和木质茎,如向日葵是草质直立茎,榆树则是木质直立茎。

然而,并不是所有植物的茎都属于这四种类型,许多植物在不断适应环境的过程中,演化出了许多变态茎,这点与根有些相似。这些变态茎形式各异,但主要分为两类:地上变态茎,如豌豆;地下变态茎,如马铃薯。此外,一些植物还进化出了茎刺,这也是它们为了防止动物采食而发生的变态,主要是对植物进行保护,如山楂、柑橘等。还有一种变态茎叫作皮刺,它与乔木植物茎的变态刺不同,是由茎的外部长出,主要是保护自身。但相对茎刺,它的杀伤力要小得多,也容易脱落。

仙人掌

生长在干旱环境里的仙人掌没有叶,露在地面上的部分就是它的茎。仙人掌的茎奇形怪状,有的呈柱形,有的呈球形,也有的呈片状。仙人掌的茎具有进行光合作用、储藏营养物质的功能。

根据茎的形态,还可以将其分为两类:草本类,这类植物的茎矮小、柔弱,水分含量较高;木本类,这类植物的茎较坚硬,有灌木和乔木之分。灌木躯干不明显,株形较小;乔木则相反,躯干明显,株形高大。

茎既是植物的支柱,支撑着整个植物的躯干和繁枝茂叶;还是植物体的运输线,输送着来自根部的水分和养料,以及叶内制造的有机物质,为植物的生长创造良好的条件。许多植物的茎内还储存了大量的水分和营养物质,以供植物体吸收和利用。

既然水和无机盐的输导是由茎的导管完成的,那么水分和无机盐为什么能沿着导管上升呢?这主要是水分和无机盐受到根压和叶的蒸腾拉力作用的结果。根压是由根部产生的一种压力,这种压力可以使溶液进入导管,并沿着管壁上升。比如,将一些植物的茎在靠近基部的地方切断,就可以看到液体从伤口处流出,这就是根压作用的结果。叶的蒸腾拉力,是叶在不断蒸腾水分的过程中,产生一股向上拉取水分的力量,使水分沿着导管不断上升。

叶制造的有机物,也是植物汲取养分的重要途径,它主要是通过位于茎韧皮部的筛管向植物体的各个器官输送的。但在筛管中输送的有机物,必须是分子较小而且能溶于水的物质,如淀粉、蛋白质、脂肪必须经过分解,变成小分子的葡萄糖、氨基酸、甘油和脂肪酸等简单的有机物,才能由筛管进行输导。因此,一旦树皮遭到大面积破坏,植物根部就会因长期得不到足够的有机养料而死亡,进而导致整株植物死亡。

叶与花

叶片上、下表皮中间的绿色薄壁组织为叶肉,其细胞内含有大量的叶绿体,是叶子进行光合作用的重要场所。花是种子植物的有性繁殖器官,尽管大小、颜色不同,但都由花梗、花托等几部分组成。

叶子,是植物进行光合作用的场所,是孕育植物生命最基础、最重要的部分。尽管自然界中的植物叶子形态多样,但其结构大都相同,由叶片、叶柄和托叶构成。然而,一些植物叶子并无托叶或叶柄或叶片。

树叶的外部结构

叶的功能是在阳光照射下,将外界吸收来的二氧化碳和水分,利用光能制造出以碳水化合物为主的有机物,并将光能转化成化学能储藏在这些有机物中。每种植物的叶片都有一定形状,并大都分为叶片、叶柄和托叶三部分。

叶片的表皮由一层排列紧密、无色透明的细胞组成。表皮细胞外壁有角质层或蜡层,起保护作用。位于上下表皮之间的绿色薄壁组织总称叶肉,内含大量叶绿体,也是叶子进行光合作用的重要场所。叶片的受光面即腹面,颜色为深绿色;背光面即远轴面为淡绿色。由于两面受光不同,因此内部叶肉组织常出现分化,从而称为异面叶;而多数单子叶植物和部分双子叶植物的叶,是以近乎直立的姿态生长,叶片两面受光均匀,因而内部叶肉组织无明显分化,这种叶就称为等面叶,如玉米、小麦、胡杨等。异面叶腹面表皮的叶肉组织细胞呈长柱形,排列紧密,其长轴常与叶片表面垂直,呈栅栏状,故称栅栏组织,通常为1~3层;而远轴面的叶肉细胞所含叶绿体较少,形状不规则,排列疏松,细胞间隙大而多,呈海绵状,故称海绵组织。

树叶的内部结构

图为树叶的剖面图。栅栏组织为一二层细胞,分布在上表皮;上表皮下面,分布着进行光合作用的叶绿体;发达的海绵组织常与分布在叶下的不规则型的气孔相连。

叶柄是叶片与茎的联系部分,其上端与叶片相连,下端着生于茎上,通常位于叶片的基部。只有少数植物的叶柄着生于叶片的中央或略偏下方,称为盾状着生,如莲、千金藤。叶柄通常呈细圆柱形、扁平形。

托叶是着生于叶柄基部、两侧或腋部的细小绿色或膜质片状物,通常先于叶片长出,在早期起着保护幼叶和幼芽的作用。托叶通常较为细小,形状和大小会因植物种类的不同而有所差异。在一些植物中,托叶的存在很短暂,随着叶片的生长,它很快就会脱落,仅留下一个不为人注意的痕迹,称为托叶早落,如石楠的托叶;还有些植物的托叶能伴随叶片存在于整个生长季节,称为托叶宿存,如茜草 [1] 、龙芽草 [2] 。

花是被子植物的繁殖器官,尽管大小、颜色不同,但都由花梗、花托、花萼、花冠、雄蕊、雌蕊等几个部分组成。

花梗是支撑花朵生长的柄,因此也称花柄。其长短因植物种类而异,也有些植物没有花梗。

花托,为花梗上端着生花萼、花冠、雄蕊、雌蕊的膨大部分,形态多样。花萼位于花的最外一轮,通常为绿色,可大可小,起保护花蕾的作用。花萼由若干萼片组成,具有分离和结合两种情况。在多数植物中,花萼随花冠一起枯萎并脱落,但也有一些植物,其花萼在花冠枯萎后并不脱落,反而随同子房一起长大,如石榴、茄子。某些植物的花萼外,长有一轮绿色叶状的萼片,称为副萼,如棉花和蛇莓 [3] 。

花的结构

花是被子植物的有性繁殖器官。一朵完整的花包括了六个基本部分:花梗、花托、花萼、花冠、雄蕊和雌蕊。其中花梗与花托相当于枝的部分,其余四部分相当于枝上的变态叶,常合称为花部。

花冠位于花萼内侧,由若干片花瓣组成,排成一轮或多轮。一般花冠都具有绚丽多彩的颜色,但也有纯白的素色。与花萼相同,花冠也有分离和结合两种情况,分离的花萼称为离瓣花,如蚕豆、桃花;结合的花萼称合瓣花,如桂花。在识别植物时,对于二者的了解是极为重要的,因为在被子植物中,许多科、属的植物,其花冠的分离与结合通常比较一致。花萼和花冠合称为花被,如果在一朵花中,不仅有花萼、花冠存在,且二者有着明显区别,便称为双被花,如油菜、番茄的花;如果二者缺一,则称为单被花,如榆树、桑树的花;如果两者都不存在,则称为无被花,如垂柳的花。

雄蕊是位于花冠内侧,能产生花粉粒的器官,由花丝和花药组成。花丝通常细长呈丝状,但某些植物的花丝扁平如带状;也有转化为花瓣状的,如美人蕉;有些植物没有花丝,花药直接着生在花冠上,如桅子。花药由四个花粉囊组成,成熟后花粉囊自行破裂,花粉自裂口散出。雄蕊也具有分离或结合的情况:花药分开而仅花丝结合成一束的,称单体雄蕊,如木槿、棉花;花丝联合成两部分的称两体雄蕊,如蚕豆;花丝结合成多束的,称多体雄蕊,如金丝桃;花丝分离,仅花药结合的,称聚药雄蕊,如葫芦科植物。

雌蕊位于花的中央部位,是能产生卵细胞的器官。通常由子房、圆柱形花柱及柱头三部分组成。雌蕊是由有生殖能力的变态叶演变而来,这片变态叶称为心皮,是构成雌蕊的基本单位。在一些植物中,雌蕊是由一个心皮构成的,如桃花;但在许多植物中,雌蕊是由2个或2个以上的心皮构成,它们互相结合,形成一个共同的子房,但花柱、柱头可以结合也可以分离,我们称之为合生心皮雌蕊。也有些植物的花有2个或2个以上的心皮,但彼此分离,每个心皮都单独形成一个雌蕊,具有各自的子房、花柱和柱头,即离生心皮雌蕊。柱头是接受花粉粒的地方,通常膨大或扩展成各种形态,没有柱头的雌蕊是不存在的;花柱是柱头和子房之间的连接部分,一般的花柱均细长,但也有极短的,甚至有的花柱并不明显,如虞美人 [4] ;子房的中空部分称为子房室,在子房室内,生有将要发育为种子的胚珠。

果实与种子

果实是被子植物独有的特征,一般包括果皮和种子两部分,主要起传播与繁殖的作用;种子则具有延续植物生命、繁殖后代的作用。

果实

果实是被子植物独有的特征,这意味着,凡是孕育果实的植物都属于被子植物,当这类植物开花传粉后,就会结出果实。

肉豆蔻的果实

在果实发育过程中,首先是花萼、花冠脱落,随后是雄蕊和雌蕊的柱头、花柱也先后脱落枯萎,这时胚珠发育成种子,子房逐渐增大,发育成果实。下图为肉豆蔻果实解剖图。

果实一般包括果皮和种子两部分,主要起传播与繁殖的作用。多数被子植物的果实是从子房发育出来的,称为真果,如桃、大豆;也有些植物的果实是由子房和花被或花托形成的,叫作假果,如苹果、梨及瓜类。多数植物只有一个雌蕊,形成的果实叫作单果;也有些植物具有许多离生雌蕊,它们共同聚生在花托上,此后每一雌蕊形成一个小果,叫作聚合果,如草莓;还有些植物的果实,是由一个花序发育而成,叫作复果,如桑、凤梨和无花果。

果皮分为外果皮、中果皮和内果皮。果实种类繁多,结构各异。果实在传粉受精后,其体积比受精前要大200~300倍,成熟后的形状、大小主要受遗传基因控制。被子植物的果实种类繁多,分类方法多种多样,除了依据果实的来源与发育的不同,分为真果、假果、单果、聚合果或复果之外,还根据成熟果实的果皮是否脱水干燥分为干果与肉果,又根据干果成熟后是否开裂,分为裂果与闭果等。果实在成长和发育过程中,形态和结构会发生改变,同时伴随着一些生理变化。一般来说,果实的颜色会首先发生变化,而颜色的变化是鉴定其是否成熟的标志之一。另外,果实的质地及其散发出的香气和其中所含糖分等都会发生变化。

种子

种子,具有延续植物生命、繁殖后代的作用。种子也是裸子植物与被子植物特有的繁殖器官,自然界中能形成种子的植物数量达二十多万种。

种子的大小、形状和颜色会因植物种类不同而有所差异:椰树的种子很大,芝麻的种子很小,烟草、马齿苋的种子则更小;蚕豆的种子形状为肾脏形,豌豆的种子为圆球状;一些植物的种子表面光滑发亮,有些则暗淡无光。种子之间的差异,具有生物学的意义。例如椰子的种子很大,极易萌发,种子内又富含液体胚乳,营养充足,因此能保证生长的质量,但其产量有限;而体积较小的种子,则以多取胜,虽然它们只有少量种子能够萌发,但仍可产生大量后代,许多杂草植物就是以这种方式进行繁殖生存的。

各种各样的种子

植物种子的大小、形状和颜色因种类不同而异。如椰子的种子很大,而油菜、芝麻、马齿苋、兰科植物的种子则很小;种子的颜色以褐色和黑色居多,也有其他颜色;有的种子表面光滑发亮,有的则暗淡或粗糙。

植物的种子一般分为三部分:种皮、胚和胚乳。种皮是由珠被发育而来,起着保护胚与胚乳的作用。裸子植物的种皮有三层,其中外层和内层为肉质层,中层为石质层;被子植物的种皮结构则较为多样,有的薄如纸状,有的较为坚硬。胚是由受精卵发育而成,正常情况下由胚芽、胚釉、子叶和胚根组成,不同种子的胚之间子叶数目不同,变动在1~18个之间,但常见的子叶数目为两个,如苏铁、银杏等。被子植物胚的形状极为多样,从椭圆形、长柱形到弯曲形、马蹄形、螺旋形不等,尽管形状多样,但它在种子中的位置仍是固定的,通常其胚根都朝向珠孔。胚乳是单倍体的雌配子体,一般都比较发达,多储藏淀粉或脂肪,也有的含有糊粉粒,颜色一般为淡黄色,少数为白色,银杏成熟的种子中胚乳呈绿色。大部分被子植物在种子发育过程中都会形成胚乳,但某些种类不具有或只具有少量的胚乳,这是因为其胚乳在发育过程中被胚分解吸收了,这就是划分有胚乳种子和无胚乳种子的重要依据。当然,不同植物种子中的胚乳的数量以及储藏的物质都很不同,其中最普遍的储藏物质是淀粉、蛋白质和脂肪。此外,还有碳水化合物 [5] 等物质。

种子是有一定寿命的,超过了一定的期限,就会丧失活力,不再萌发。而种子寿命的长短,因种类不同而具有差异,如巴西橡胶的种子生存期仅为一周左右,而莲的种子寿命则可达数百年之久。

[1] 茜草:别名蒨草、血见愁、地苏木、活血丹、土丹参、红内消等。茜草科植物,多年生攀缘草本,根数条至数十条丛生,外皮紫红色或橙红色;可入药,有凉血止血、活血化瘀的功效。

[2] 龙芽草:多年生草本,根茎粗;茎高30~100厘米;茎、叶柄、叶轴、花序轴都被疏柔毛及短柔毛。

[3] 蛇莓:一种蔷薇科植物,在中国分布广泛,具有药用价值,其花、果、叶可作观赏用,园林效果突出。

[4] 虞美人:又名丽春花、赛牡丹、满园春等,罂粟科罂粟属草本植物,花期在夏季,花色有红、白、紫、蓝等,浓艳华美;原产于欧亚温带大陆,在中国有大量栽培,现已引种至新西兰、澳大利亚和北美。

[5] 碳水化合物:亦称糖类化合物,是自然界中存在最多、分布最广的一类重要的有机化合物,主要由碳、氢、氧组成。葡萄糖、蔗糖、淀粉和纤维素等都属于糖类化合物。

第五编 |人类

人类是地球上有史以来最具智慧的生物,也是地球目前居于统治者地位的物种。人属于动物的一种,与其他动物相比,人的高级之处在于他具有思维和力量,并能改造自然,其自身也可以被生命的内部活力所改变。此外,人类在不同状态下,都有形成社会的倾向,这种社会形态是以大自然为基础而建立的。

原始人类生活复原图

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