自然史 · 第七章 被子植物

被子植物是植物進化的最高級階段，無論是器官還是系統，被子植物都是植物中進化得最完善的，它們在地球上占據了絕對優勢。目前為人們所知的被子植物共有1萬多屬，20多萬種，在所有植物界種類中占了一半。被子植物眾多的種類和數量也從另一個角度證實了它有著很強的環境適應能力，也與其內部結構的複雜性和完善性密不可分。 第一節 根 植物的根部一般都位於地下，它一直為植物的生長默默地做著工作，擔負著把植物固定在地面上、吸收土壤中的水分和礦物質，以促進植物生長的重任，為植物更好地抽枝長葉和開花結果盡心付出。同時，根還能有效改良土壤結構，使土壤變得更加適合植物生長。 根對植物的生長而言，主要有三個方面的作用：首先是對植物體的固定支撐。這一點對於被子植物尤其重要，因為多數被子植物的樹幹都非常高大，需要有無數發達、壯實的根繫緊緊地抓住土壤，這樣植物才能站得更安穩，即使遇上狂風暴雨也不會折斷。其次，吸收植物體生長所需的水分和礦物質。植物根尖的表面生長著細細的根毛，這些根毛雖然又細又小，但植物體能從土壤中吸收水分和礦物質靠的都是它們。這些根毛伸展在土壤中，就像一台台微型「抽水機」，土壤中大部分的水分和礦物質都能抽取出來。第三，根可以有效改良土壤結構，讓土壤能更好地促進植物的生長。 不過，植物界中並不是所有根都擁有上述三個作用，還有許多千奇百怪的根，有著特殊的使命。例如，有些根專門用來呼吸，被稱為呼吸根；有些根主要用於支撐植物體，被稱為支柱根；有些根用來儲存營養物質，這類根通常有肥厚的肉質，所以又被稱為儲藏根；還有一些根專門吸收其他植物的營養，被稱為寄生根，等等。 植物的根通常情況下呈圓錐形，分為主根和側根兩個部分。主根是植物根中最粗壯的部分，側根則是主根上長出來的一些細小的根。有些植物的主根和側根十分明顯，很容易就能分辨出來，如大豆、油菜等；而有些植物的主根和側根就很難分辨出來，如玉米、小麥。植物根的頂端部分又叫作根尖，根尖由根冠、分生區、伸長區和根毛區（也稱成熟區）四個部分組成，其中，根毛區的主要任務是吸收土壤中的水分和礦物質。 第二節 莖 植物的莖是植物最顯著的部分，類似於人類的軀幹。由於莖的存在，植物的根、芽、葉和花才能連成一個整體。同時，莖還發揮著向植物體輸送根部吸收的水分和養料的作用。 植物的莖包含了芽、節和節間三個部分，莖的頂端是莖尖，整個莖都是由莖尖不斷分裂而形成的。此外，莖尖又分成了分生區、伸長區和成熟區三個部分。一般說來，莖有直立型、纏繞型、匍匐型和攀緣型四種不同的類型。直立型是指直立向上生長的莖；纏繞莖是指纏繞著支撐物向上生長的莖，如牽牛花；匍匐莖是指在地面上生長的又長又柔軟的莖，如地瓜、西瓜等；攀緣莖則是指根據自身結構，攀緣著支撐物生長的莖。 不過，並非所有植物的莖都屬於這四種類型，許多植物在不斷適應環境的過程中，演化出了許多變態莖，這一點與根的演化相似。植物的這些變態莖雖然形式多樣，但總體來說可以分為兩類：一類是如豌豆這樣的地面上的變態莖；另一類則是如馬鈴薯的塊莖那樣在地底下的變態莖。此外，一些植物還演化形成了莖刺，這也是它們為了避免受到動物傷害而形成的變態，這一類莖刺的主要作用是保護植物，如山楂、柑橘。皮刺則是另一種變態莖，皮刺與喬木植物莖生長的變態刺有著很大區別，它們從莖的外部生長出來，主要作用是保護自身。但與莖刺比起來，它的殺傷力要小得多，也更容易脫落。 根據植物莖的形態，還可以將其分為草本類和木本類兩類。草本類的莖較為矮小和柔弱，含有較多水分；木本類的莖則比較堅硬，並且分為灌木和喬木兩種。灌木的軀幹不太明顯，植株矮小；喬木則剛好相反，軀幹顯著，植株也很大。 莖不只是植物的支柱，支撐著整個植物的軀幹和繁茂的枝葉，還構建了植物體的運輸系統，輸送著來自植物根部從土壤中吸收的水分和無機鹽。此外，莖還可以輸送葉子製造出來的有機物，為植物的生長創造良好的環境。許多植物的莖還有儲存水分和養料的功能，以便植物體能夠更好地吸收。 既然水分和無機鹽的輸導由莖的導管完成，那麼水分和無機鹽是怎樣沿著莖向上傳導的呢？這主要是由於水分和無機鹽受到了根壓和葉的蒸騰拉力作用。根壓是指由根部產生的壓力，這種壓力可以使水分和無機鹽形成的溶液進入到莖中，並沿著莖壁上升。如果將植物的莖在靠近基部的地方切斷，就會看到有液體從斷口處流出，這就是根壓形成的結果。此外，葉子的蒸騰拉力作用，是葉片在不斷蒸騰水分的過程中產生的向上的拉力，這股拉力促使水分沿著莖不斷上升。 葉子製造出來的有機物是植物汲取生長所需要的養分的重要途徑，這些有機物主要通過莖韌皮部位的篩管傳輸到植物體的各個器官中。不過，在篩管中傳輸的有機物必須是小分子物質，且能夠溶解於水中。諸如澱粉、蛋白質、脂肪等大分子物質，是不能被篩管輸送的，只有當大分子物質分解成小分子的葡萄糖、胺基酸或是甘油脂肪酸等物質後，才能被篩管輸送到各個器官。因此，如果樹皮被大面積破壞，植物很快就會死去。這是因為植物根部長期得不到有機養料，根部死亡繼而導致整株植物死亡。 第三節 葉 葉子是植物進行光合作用的場所，更是孕育植物生命最基礎、最重要的部分。自然界中的植物葉子儘管各種各樣，但它們的結構大致相同，大部分都是由葉片、葉柄和托葉三個部分組成。但是，有一些植物不含托葉，也有一些植物沒有葉柄，還有一些植物則沒有葉片。 葉片的表皮由一層排列緊密、透明的細胞組成，表皮細胞的細胞壁有角質層或蠟層，對裡面的物質起著保護作用。位於葉片的上表皮和下表皮中間的綠色薄壁部分，被總稱為葉肉，裡面含有大量的葉綠體，這是葉片進行光合作用的重要場所。葉片上表皮是接受光照的一面，呈深綠色；下表皮則是背對陽光的一面，呈淺綠色。由於葉片兩面的受光度不同，因此內部的葉肉組織也常出現分化，這種葉子被稱為異面葉；大多數單子葉植物和少數雙子葉植物的葉子，都是以近似直立的姿態生長的，這樣葉子兩面的受光情況均勻，內部的葉肉組織也就不會出現明顯的分化，這種葉子被稱為等面葉，如玉米、小麥、胡楊等。異面葉向上一面的表皮葉肉細胞呈長柱形，排列緊密，上面的長軸常與葉表面垂直，並呈柵欄狀，所以被稱為柵欄組織，通常由1至3層組成；而背光面的葉肉細胞所含的葉綠體比較少，排列疏鬆，細胞之間的空隙也較大，呈海綿狀，所以也被稱為海綿組織。 葉柄是葉片與莖的連接部分，常位於葉片的基部，上端連接著葉片，下端連接著莖。不過，少數植物的葉柄著生在葉片中央或偏下方的位置，被稱為盾狀著生，如蓮、千金藤。植物的葉柄通常呈細圓柱形或扁平形。 托葉是生長在葉柄基部、兩側或葉部的細小綠色物質或膜質片狀物，托葉通常要比葉片生長得早，早期可以起到保護嫩葉和幼芽的作用。托葉一般較為細小，植物的種類不同，其托葉的大小和形狀也會有所不同。有一些植物的托葉存在的時間很短暫，隨著葉片的生長會很快脫落，只留下一個不引人注意的痕跡，這一現象又稱為托葉早落，如石楠的托葉；還有一些植物的托葉則能夠存在很長一段時間，甚至伴隨葉片的整個生長期，這叫托葉宿存，如茜草、龍芽草。 第四節 花 花是被子植物的繁殖器官，雖然花的大小和顏色不同，但大多數花都是由花梗、花托、花萼、花冠、雄蕊和雌蕊等部分組成。 花梗是支撐花朵生長的柄，所以也被稱為花柄。花梗的長短隨著植物大小的不同，也會有所不同，大部分花的花梗都不太長，有些植物的花梗非常短，甚至有些植物沒有花梗。 花托是花梗頂部著生花萼、花冠、雄蕊和雌蕊的膨大部分，形態多種多樣。花萼則位於花朵的最外層，通常呈綠色，大小不一，對花蕾起保護作用。花萼由若干個萼片組成，大多數植物的花萼會隨著花冠的枯萎一起脫落，但也有一些花萼不會隨著枯萎的花冠脫落，而是隨同子房一起長大，如石榴、茄子。有一些植物的花萼外面長有一層綠色萼片，這層萼片呈葉狀，叫副萼，如棉花和蛇莓。 花冠位於花萼內部，由若干個花瓣組成，並排列成一圈或者多圈。大部分植物的花冠都有著絢麗的色彩，但也有一些植物的花瓣是白色的，與花萼相似，花冠也有分離和結合兩種情況。分離的花萼稱為離瓣花，如蠶豆、桃花；結合的花萼稱為合瓣花，如桂花。在鑑別植物時，對於離瓣花和合瓣花的了解非常重要，因為被子植物中的許多科和屬的植物，其花冠的分離和結合通常具有一致性。花萼和花冠合稱花被。假如一朵花中，不僅存在花萼和花冠，而且兩者還有著顯著的不同，則被稱為雙被花，如油菜和番茄的花；如果兩者中缺少了一個，則被稱為單被花，如榆樹和桑樹的花；如果兩者都不存在，這樣的花被稱為無被花，如垂柳的花。 雄蕊位於花冠的內側，它是可以產生花粉粒的器官，由花絲和花葯組成。花絲呈細長的絲狀，但也有一些植物的花絲是扁平如帶狀的，也有一些轉化為花瓣狀，如美人蕉；還有一些植物沒有花絲，花葯直接長在花冠上，如梔子。花葯由四個花粉囊組成，花粉囊在成熟之後會自行破裂，花粉通過裂口向外散出。雄蕊跟花冠相似，也具有分離和結合兩種情況：花葯分開僅花絲結合成一束的，被稱為單體雄蕊，如木槿和棉花；花絲聯合成兩部分的，被稱為兩體雄蕊，如蠶豆；花絲結合成多束的，被稱為多體雄蕊，如金絲桃；花絲分離，僅花葯結合的，被稱為聚葯雄蕊，如葫蘆科植物。 雌蕊位於花的中間部分，是能夠生成卵細胞的器官。雌蕊通常由子房、圓柱形的花柱和柱頭組成。雌蕊由擁有生殖能力的變態葉逐漸演化而來，這片變態葉被稱為心皮，這是構成雌蕊的基本單位。一些植物的雌蕊由一個心皮構成，如桃花；但大部分的子房由兩個或多個心皮構成，它們互相結合，形成共同的子房，但花柱、柱頭可以結合也可以分離，我們將其稱為合生心皮雌蕊。還有一些植物的花有兩個或兩個以上的心皮，但心皮沒有結合，而是彼此分離，每個心皮都單獨形成一個雌蕊，有各自的子房、花柱和柱頭，這就是離生心皮雌蕊。柱頭是接受花粉粒的地方，所以通常是膨脹狀或擴展成其他形狀，沒有柱頭的雌蕊是不存在的；花柱是柱頭和子房之間連接的部分，多數花柱都又細又長，但也有一些植物的花柱非常短，甚至有些植物的花柱並不明顯，如虞美人；子房中間的部位是空的，這個部位叫作子房室，生長著將要發育成種子的胚珠。 第五節 果實 果實是被子植物獨有的特徵，這意味著，只要是孕育果實的植物都屬於被子植物；當這類植物受粉之後，就會逐漸發育成果實。 果實一般由果皮和種子兩部分構成，主要起到傳播和繁殖後代的作用。大多數被子植物的果實都由子房發育而成，被稱為真果，如桃子和大豆的果實；也有一些植物的果實由子房和花被或者花托一起發育而成，被稱為假果，如蘋果、梨及瓜果。大部分植物僅擁有一個雌蕊，其形成的果實被稱為單果；也有一些植物擁有許多離生雌蕊，聚集在花托上，每個雌蕊都能形成一個果實，被稱為聚合果，如草莓；還有一些植物的果實由花序發育而成，我們把這種果實稱為復果，如桑、鳳梨和無花果。 構成果實的果皮分為外果皮、中果皮和內果皮三部分，由於果實種類繁多，所以果皮也多種多樣，而且結構各異。果實在受精之後的體積比受精前大出兩三百倍，果實成熟之後的大小和形狀皆由遺傳因素決定。被子植物的果實有許多種，分類方法多種多樣，除了我們前面講的，根據果實的來源和發育情況，分為真果、假果、聚合果、復果外；還根據果實成熟之後果皮的乾燥程度，分為乾果和肉果；又根據乾果成熟後是否裂開，分為裂果和閉果，等等。果實在成長和發育的過程中，不僅會發生形狀上的變化，也會發生結構上的變化，而且生理方面也會出現一些變化。通常情況下，果實的顏色首先會發生變化，而顏色的變化是判斷果實是否成熟的標誌之一；其次是果實的質地、散發出來的香味及其含有的糖分等都會發生變化。 第六節 種子 植物的種子具有延續植物的生命、繁殖後代的作用，而且也是裸子植物和被子植物特有的繁殖器官，自然界中能夠產生種子的植物有20多萬種。 種子的大小、形狀、顏色根據植物種類的不同也會有所差異：椰樹有著很大的種子，芝麻的種子卻很小，而菸草、馬齒莧的種子就更小了；蠶豆的種子是腎臟形的，而豌豆的種子是圓球形的；有些植物擁有光滑明亮的種子，而有些植物的種子則暗淡無光。種子之間的差異在生物學上有著重要意義，例如，儘管椰樹的種子非常大，容易發芽，還含有豐富的胚乳，能保證其生長過程中有充足的營養，但椰樹的種子產量有限；而種子比較小的，數量則比較多，哪怕只有一部分種子能夠發芽，也依然能夠產生大量後代，大多數雜草植物都是通過這種方式進行後代繁殖的。 植物的種子通常由種皮、胚、胚乳三個部分構成，種皮由珠被發育而成，對裡面的胚和胚乳起著保護作用。裸子植物的種皮分為外層、中層和內層，其中，外層和內層是肉質層，中層是石質層；被子植物的種皮結構多種多樣，有的像紙一般薄，而有的非常堅硬。胚由受精卵發育而成，正常情況下的胚由胚芽、胚釉和子葉、胚根組成，不同種子之間子葉數目不同，子葉數目的變動在1至18個之間，但大部分子葉都為2個，如蘇鐵、銀杏等。被子植物的胚形狀多樣，有橢圓形、長柱形、彎曲形、馬蹄形和螺旋形，儘管胚的形狀不同，但在種子中的位置是固定的，胚根通常會朝著珠孔。胚乳是單倍體的雌配子體，多數都很發達，裡面儲存著澱粉或者脂肪，也有的儲存著糊粉粒，顏色通常呈淡黃色，少數是白色，但銀杏成熟後，種子中的胚乳會呈現綠色。多數的被子植物在種子的發育過程中都會形成胚乳，但某些種類只具有少量的胚乳，而有些種類甚至沒有胚乳，這是因為它們的胚乳在發育過程中被胚分解吸收，這是劃分種子是否含有胚乳的重要依據。當然，不同植物的種子中含有的胚乳數量以及儲存的物質都不相同，其中，最常見的儲存物質是澱粉、蛋白質和脂肪，可能還會儲存碳水化合物等物質。 儘管種子離開母體之後依然是活的，但它也是有一定壽命的，不同植物的種子有著不同的壽命，這是由遺傳因素決定的，此外還會受環境的影響。有些種子的壽命非常短，如巴西橡膠的種子，生存期僅為一周左右；而有些種子的生命很長，如蓮的種子可達好幾百年，甚至上千年。 礦物卷 礦物是地球提供給人類的它所蘊藏的資源，正是有了這些大自然的饋贈，人類才得以繁衍生息。礦物是天然生成的，是游離的元素或者化合物，也是構成地殼中岩石的最小單位。礦物通常是通過無機作用構成的均勻固體，礦物的晶體結構和化學組成都是相對穩定的，可以在特定的物理環境中穩定存在。 礦物資源被利用的程度標誌著各個時代科技與文明發展的水平。