植物生长方向是谁发现的

2025-03-01 20:23:39

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回答1：

植物对周围环境的反应，最奇妙的莫过于它的生长方向，比如从一粒小小的植物种子萌发开始，它就知道根应该往地下生长，而茎干则伸向天空。这是一个极为普通的现象，然而植物为什么会这样呢?它是怎样懂得“上”和“下”的概念呢?又是由什么力量促使它选择根朝下、茎朝上的生长方向呢?怎样解释这种生理机制?
科学家们首先想到的是重力，他们从物理学想到，地球的引力一定是影响植物生长方向的重要因素。当时，著名的英国生物学家、进化论的鼻祖达尔文曾观察到，植物的芽和根在改变生长方向时，各部分细胞的生长速度不同，但这又是由什么来决定的呢?达尔文无法做更进一步的解释。
到1926年，美国植物生理学家弗里茨·温特，做了一个颇能说明问题的实验。他使植物的胚芽鞘一面受光照，另一面对着无光的黑暗处；结果胚芽鞘的生长发生了有趣的变化，渐渐地朝着有光的方向弯曲，后来温特从胚芽鞘中分离出一种化合物——植物生长素，它具有促使植物生长的功能。胚牙鞘受到遮荫部分生长加快，受光部分则由于缺少生长素而生长较慢，结果导致弯曲发生。于是温特认为，植物的茎或叶片的弯曲是由于生长素在组织内的不对称分布造成的。当植物受到策略刺激时，植物组织下部的生长素含量会大大增加，于是就使植物的根朝下生长，而茎则朝上生长了。
自从温特发现植物生长素的秘密后，很多科学家投入到这一研究领域。他们发现，植物根总是朝着地心引力的方向生长，这同样是通过生长调节剂在根细胞里不同的分布来实现的，于是这些学者们提出，也许有一种被称为“平衡面”的策略感应物流向根细胞的底部，从而影响生长调节剂在细胞中的分布。水平放置的根，其上面比下面生长快，致使根向下生长，可是这种“平衡面”究竟属于何物?又是如何起作用的呢?学者们一时无法知晓。
不久之前，美国俄亥俄州立大学的植物学家迈克尔·埃文斯以及他的同事，提出了一个崭新的理论。他们认为，无机钙对于植物的生长方向起着举足轻重的作用。因为他们在研究中发现，在植物的弯曲生长过程中，无论是根冠下侧部位还是芽的上侧部位，都存在着高含量的无机钙。那么无机钙又是如何使植物辨别方向的呢?埃文斯解释说，因为根冠有着极为丰富的含淀粉体的细胞，而淀粉体就会把其内部的钙送到根冠下侧。这时，如果用特殊的实验手段去阻止钙的移动，植物马上就会表现出不按正常的方式去生长。同样，植物的芽虽然没有冠部，但也含有丰富的淀粉体，淀粉体也能将其内部的无机钙送到上侧的细胞中，这显然说明，无机钙对植物生长方向有着不可忽视的重要作用。
那么，既然淀粉体内有许多无机钙，而无机钙又能在植物体内来去自如，除了重力之外，又是哪一种力量使无机钙如此方便地上下移动呢?最近，美国德克萨斯州立大学的研究人员斯坦利·鲁在研究中发现，这是由于细胞的上端和下端之间的电荷不同，两端电荷的不一致引起细胞极化。结果，为数众多被极化的细胞排列在一起，总电荷就强得足够吸引任何相反电荷的钙原子，驱使它们在体内移动。于是斯坦利·鲁提出，由于细胞的极性带动钙的移动，从而导致植物茎干总是向上生长，而根则朝地下生长。
由谁控制植物生长方向的研究课题已日趋深入，这种神奇的力量取决于什么，是植物生长素还是无机钙，是细胞的极性还是数者兼有之?目前依然有待于更进一步的探索。

回答2：

植物的缠绕茎是螺线在三维空间中的形态。螺线是一种迷人的数学曲线，它与自然界的联系异常紧密，从DNA分子的双螺旋结构到向日葵的花盘，到处都有螺线的踪影。

英国科学家科克把植物的螺旋状缠绕茎称为“生命的曲线”，的确，这是它们特有的一种运动方式。只不过这种夸张的慢动作在我们看来好像是完全静止的。爱因斯坦的相对论可以帮助我们了解植物活动的本质。如果将植物生长一个月的过程压缩成一分钟，再来观察它们，你就会了解，植物每时每刻都在发生着变化。

藤蔓类植物总是要借助其它生物体，来保证自己的生存。为了找到依靠，有的植物，要不停的变换生存空间，以便在树林里，激烈的阳光争夺战中保留一席之地，这时它们很像是一位开拓者。还有的植物会以寄生的姿态，攀附于邻近的植物，以便从那里获取营养，菟丝子就是这样。相对于宿主来说，菟丝子是一位极不受欢迎的入侵者。当然不论以何种手段来实现生存的目的，它们中的大多数都选择了螺旋运动的方式。

我们前面提到过，不同的藤蔓类植物，它们的缠绕茎会有两种相反的方向。而这二者之间有着对称的特点，就像左手与右手之间的差异性一样。因此为了便于研究，我们把这类问题统称为手性现象。手性现象是伴随着柱状螺旋线的出现而存在的，飓风、气旋等等都具有手性现象。

那么植物的手性是怎么确定的呢？在植物界，左手性与右手性植物的数量不完全对称，我们常见的植物中以右手性居多。

英国博物学家达尔文（Charles Robert Darwin，1809－1882）在《攀缘植物的运动和习性》一书中描述了42种攀缘植物，其中有31种都是右手性。

前面提到的牵牛花是一年生草本蔓性植物，原产地在中国南部、南美洲以及非洲。它和菟丝子一样都是旋花科植物，并且缠绕茎也都为右手性。

我们常吃的蔬菜，豆角也是右手性的植物。

接下来提到的紫藤比较特别，我们通过对紫藤茎的观察发现，同属不同种的植物，它们的茎蔓有可能会出现两种手性。除了手性不同，外观上也有差异。这一棵，从老茎到新枝，都是右手性的，叫中国紫藤，它的花序颜色为淡紫色。而这株左手性的紫藤叫豆科多花紫藤（Wisteria floribunda），原产地在日本；它的花序就比较长。另外，左手紫藤羽状复叶的小叶片数量通常要多一些，一般在13-19片，而右手性的紫藤一般不超过13片。

当然手性的出现并不绝对，自然界里也有不具备手性的藤蔓类植物。比如凌霄，它是依靠气生根向上攀附；爬山虎则是依靠吸盘保持运动状态。

植物的手性不像气旋、飓风现象那么引人关注，要注意到身边的植物。除非经过很仔细的观察。

植物默默地继承从祖先那里得来的特征，丝毫不理会我们徒劳的尝试。但人们对它的好奇却没有停止，并由此衍生出种种推测。一般人们认为，植物的手性，可能与科里奥利力有关，是地球引力和磁力共同作用的结果。科里奥利力的确存在，它是地球的自转对运动于地球表面的物体产生的一种惯性力。泛滥的洪水、疯狂的飓风产生的根本原因都离不开科里奥利力作用的结果。

自从手性问题与DNA分子之间的联系被发现之后，在植物界乃至更广泛的领域里呈现出手性的现象也就不足为奇了。它似乎在暗示另一种可能性，即植物以不同螺旋的方式生长，是受它们遗传密码控制的结果。但是科学不会仅停留在对现象的猜测，它会不断地深入下去，最终寻找到本质的对应关系。

1953年詹姆斯•沃森和弗朗西斯•克里克两位年轻的学者，在剑桥大学的卡文迪什实验室发现了DNA的双螺旋结构，奠定了现代分子生物学的基础，事实上它的意义可以深入到更广泛的领域。螺旋状的形态在自然界存在得相当广泛。从分子到生物体器官、动物行为，随处可见。蝶蛾类的虹吸式口器，鹦鹉螺的壳体结构，人的精子在行进中尾部的运动方式，人耳窝内的螺旋骨质构造等等。可以说无处不在的螺旋是生物体构造的基本形式之一，同时也包含了许多内在的合理性和外在的美

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