自然史 · 第一章 植物的概念與作用

植物，從廣義上解釋指所有非動物的生物，其與動物的本質區別有兩點：第一，植物自己不會移動；第二，植物的養分依靠體內的葉綠素進行光合作用而獲取。但上述劃分也並非完整，因為簡單植物和低等動物之間沒有明顯的界線。因此，為了能夠對植物有正確的認識，我們需要對植物的狹義概念進行論述。從狹義上來說，植物指的是苔蘚類、蕨類、裸子植物、被子植物等，此外，藻類和真菌類也可以歸到植物中。 第一節 植物的細胞 眾所周知，細胞是組成萬物最基本的元素，因此大多數植物都由無數細胞組合而成。但不同的植物之間仍然存在著一定差別：有些植物僅僅由一個細胞組成，而有些植物的結構卻十分複雜，由眾多數量的細胞組成，這些細胞按照一定的順序排列形成組織，各個組織又進一步連接成器官。 細胞壁指的是包裹在細胞外面的那一層厚厚的壁，它是細胞的組成部分，其主要成分是多糖類物質。細胞壁的異同，是植物細胞區別於動物細胞的主要特徵之一。纖維素、半纖維素、果膠質等物質構成了植物細胞壁，它由胞間層（又稱為中膠層）、初生壁和次生壁三個部分組成。 不同的植物、不同的部位、不同的功能以及不同時期的細胞壁，在結構和成分上也有著相應的差別。例如，由分生組織細胞分裂形成的幼嫩細胞，其細胞壁只有薄薄的一層胞間層，隨著細胞的生長和成熟，逐漸形成了由原生質體分泌而成的初生壁。 細胞最重要也是最主要的組成部分是細胞核，它是由核膜、染色質、核仁、核液等幾部分組成。細胞核不只是細胞的控制中心，在細胞的代謝、生長以及分化中都起著重要的作用，而且還含有遺傳物質，更是整個植物細胞的生命中樞。之所以這樣講，是因為細胞核中含有染色質，也就是我們平時所說的「染色體」。脫氧核糖核酸——也就是DNA——是染色質的主要成分，而DNA的鹼基排列順序中儲存著細胞的遺傳信息。通常，這裡面的信息決定了植物下一代的發展特徵。因此，細胞核可以說是細胞中最重要的物質。 細胞的組成部分還有線粒體。線粒體是一種雙膜圍繞而成的細胞器，它是植物進行呼吸作用的場所。線粒體的功能就好比一個能量供應站，可以通過呼吸作用，將糖轉化成二氧化碳和水，同時又將能量以ATP的形式釋放出去。釋放出的能量是一種高能物質，細胞中的很多合成反應都需要消耗大量的ATP。 高爾基體由扁囊和小泡組成，它與細胞的分泌活動有著非常密切的關係，並且在細胞壁的形成中發揮著重要作用。 藻類和植物中含有的葉綠素被稱為葉綠體，葉綠體是植物進行光合作用的場所，也是植物的重要細胞器之一。太陽能（光能）被認為是各種生命活動所需要的能量，通過光合作用被轉化為化學能。由於光合作用能藉助光能、二氧化碳和水合成含有能量的有機物，同時釋放出氧氣，因此綠色植物的光合作用是地球上有機體生存、繁殖和發展的根本保障和源泉。 葉綠素、胡蘿蔔素和葉黃素是葉綠體的主要成分，其中葉綠素的含量最多，遮住了其他色素，所以我們看到的植物一般都呈現綠色。此外，葉綠體由葉綠體外被、類囊體和基質三部分組成。葉綠體的內部含有外膜、內膜和類囊體膜三種不同的膜，以及膜間隙、基質和類囊體腔三種彼此分開的腔。類囊體是葉綠體的主要組成部分，所有的光能轉化都是在類囊體的膜上進行的。許多類囊體像圓盤一樣疊加在一起形成基粒，基粒是光合作用暗反應進行的場所。 內質網是植物細胞內膜系統所構成的一個連續的管道系統，這個管道系統有兩種類型：一類是粗糙的內質網，另一類是光滑的內質網；前者因為具有核糖體而參與所有蛋白質的合成和加工，後者則因為沒有核糖體而只參與合成脂類。 液泡是植物細胞中的泡狀結構，是植物所獨有的結構。液泡通常存在於成熟的植物細胞中，它們會隨著細胞的生長而漸漸長大，然後相互合併，最後在細胞中央形成一個巨大的液泡，這個中央液泡可占據細胞體積的90%以上。當中央液泡形成之後，細胞質就會和細胞核擠到一起，成為緊緊貼著細胞壁的一個薄層。是否擁有一個中央大液泡是成熟植物細胞的顯著特點，也是植物細胞和動物細胞在結構上的顯著區別之一。 液泡的表面被一層薄薄的膜包裹著，即液泡膜，裡面充滿著細胞液。細胞液是一種含有多種有機物和無機物的複雜水溶液，如無機鹽、生物鹼、糖類、蛋白質、有機酸和各種色素等物質，甚至還含有有毒化合物。細胞液總是處於高滲狀態，因此細胞看起來總是處於飽滿狀態。而液泡膜具有特別的選擇透過性，因為膜的上面有一些小的氣孔，可以讓一些微小物質穿過，使許多物質聚集在液泡中，從而使不同的植物產生不同的味道，比如甘蔗的莖和甜菜的根中，就由於含有大量蔗糖而帶有濃濃的甜味。也有些果實，由於含有豐富的有機酸而具有強烈的酸味。 正是由於細胞液中富含多種物質，因此細胞液保持著很高的濃度，這與細胞的滲透壓以及水分的吸收都有著密不可分的關係，液泡和植物細胞的水分代謝也因此有著緊密的聯繫。簡而言之，當植物吸收水分之後，液泡保持膨脹狀態，這個時候植物的葉子會舒展開；當植物缺少水分時，液泡會縮小，植物的葉子也就蔫掉了。 第二節 植物的組織和器官 細胞分化成組織是由於植物需要擁有不同的生理功能。對一種植物而言，它的細胞分化程度越高，結構就越複雜，對環境的適應能力也就越強。例如被子植物，就是由於它的分化程度很高，因此形成的組織結構也就相對完善，所以無論是數量上，還是分布上，它都比其他植物占有更大的優勢。 按照不同的組織功能和結構，我們可以把組織分為分生組織、基本組織、保護組織、疏導組織、機械組織以及分泌組織等六種。後五種組織是分生組織在形成器官時分裂形成的，因此我們又將這五種組織稱為成熟組織。這些組織的功能各不相同，各司其職，發揮著不同的作用，並且相互配合，共同促進植物的生長。 細胞分化之後，能夠形成許多結構不同、功能不同、形態也不相同的細胞群，而結構和功能相同、形態相似的細胞群就形成了組織。生物體中這些功能和作用不同的組織，依照一定的順序排列起來，就能形成具有一定功能的結構，這種結構就是器官。某些器官進一步按照相應的順序連接起來，共同完成一項或幾項生理活動，就形成了各種不同的系統。大多數動植物的系統都是這樣形成的，因此動植物體內的各個部分都是緊密聯繫的。 與生物體的組織相比，生物體的器官更高級，並且更加複雜，它們具有一定的功能，承擔著生物體的某些工作。動物器官的種類複雜繁多，而植物器官就相對簡單一些。植物中最高級最典型的一類是被子植物，被子植物擁有根、莖、葉、花、果實和種子六種器官。其他植物並不會像被子植物這樣擁有齊全的六大器官，如裸子植物，它們只有根、莖、葉和種子四種器官；蕨類植物只有根、莖、葉三種器官；而苔蘚植物僅有莖和葉，卻沒有根。至於大部分藻類植物，則連分化的器官都沒有，甚至有些單細胞藻類的組成就只有單個的細胞，連組織都沒有。