植物之谜：向光性运动和向地性运动

植物也会运动，这是大家所熟知的。随着夜幕的降临，合欢树、落花生、红花苜蓿、羊角豆和酢酱草等植物的小叶都会合拢“睡觉”，早晨见到阳光后再施展开来。这种叶子昼开夜合的运动称为植物的“睡眠运动”，也叫感夜运动。睡莲、秋牡丹和郁金香的美丽花瓣在夕阳西下之际也会闭拢进入“梦乡”，待到旭日东升之时再从酣睡中苏醒，慢慢地舒展开来。晚香玉、月见草的花则正相反，这类运动主要取决于阳光跟温度，湿度也有一定关系。叶子，花朵在夜间闭合，可减少热量的散失和水分的蒸腾，可以保温、保湿，这是植物在长期进化过程中对生长环境的一种适应。

1880年，生物学家达尔文就对葵花向阳发生兴趣，同时还发现室内种的花草及水稻、麦子幼苗也会向着阳光方向弯曲。他做了个实验，把幼苗顶端切去或用东西遮住，幼苗虽然还能向上生长，但不会发生向光性弯曲，于是他假设幼苗茎的顶端存在某种能引起弯曲生长的物质。达尔文的观察和假设引起许多科学家的兴趣。1933年，这个植物之谜终被解开，化学家从幼苗顶端提取到好几种能刺激幼苗茎部背光面细胞加速分裂而弯向阳光的物质，它们被称为植物生长素。葵花向着太阳转，正是由于生长素总是在茎部背光面促进细胞的分裂和生长的缘故。但据近年的最新研究结果，表明向日葵茎端生长区的两侧除生长素浓度的差异外，还有叶黄氧化素浓度的差异，在向光一侧具有较高浓度的叶黄氧化素，后者是脱落酸生物合成过程的中间产物，其主要功能是抑制细胞的生长。实验证明当光从一侧照射30分钟后，向日葵茎端生长区两侧的叶黄氧化素与生长素的浓度呈反正关系，即叶黄氧化素在向光面的含量高，背光面低。因此，葵花向阳应该说是生长素和叶黄氧化素共同作用的结果。植物除了这种向光性运动外，还有受地心引力影响而决定生长方向的“向地性运动”，包括根的“正向地性运动”和茎的“负向地性运动”。另外，还有根在地下四处伸展“寻水”的“向水性运动”和“寻找”养料的“向化性运动”等。这些向性运动都是对各种不同刺激的反映，也是对生活环境的适应结果。

含羞草的运动之谜直到1913年轻杰克逊·博斯爵士测定了因刺激产生的动作电位的电信号后才得以解开。原来，含羞草的小叶受到震动或机械触摸后会合拢甚至导致整个叶柄下垂的现象，正是由于刺激在普通细胞中激发了某种电信号并能沿着传导组织的木质部和韧皮部传递到50厘米远的叶柄和叶片的缘故。含羞草所独具的不寻常伸长的韧皮部细胞象高速公路一样保证了电信号传递的畅通无阻，其速度很快。那么，含羞草又是怎样对电信号的刺激产生运动反应的呢？原来，它的羽状复叶叶柄和小叶的基部都有一个膨大的叶枕，中心有1个大维管束，其周围有许多薄壁细胞，它们含有很多水分，保持着膨压，使得叶柄挺起、小叶张开。当由机械刺激产生的动作电位传递到小叶基部时，就使叶枕上半部薄壁细胞的水分马上渗透进细胞间隙而导致膨压骤然下降，但下半部的薄壁细胞仍维持着原来的膨压，这样就使小叶片一个个直立起来，我们就看到含羞草叶子闭合。如果震动刺激大，电信号还能传导到叶柄基部的叶枕，使得其下半部的细胞膨压降低，于是叶柄连同小叶一齐垂下。含羞草不仅对轻微的机械刺激能产生反应，而且对方向、温度、湿度、光密度、电击、刺伤、烧灼、烟雾及酸类等化学药品，甚至对大气压的变化都表现得十分敏感，它还像动物一样会被氯仿或咖啡因麻醉。据说，英国皇家植物里有一种敏感的含羞草，在外界的强烈刺激下会脱去所有的叶子。怪不得含羞草能用来预报天气甚至对地震也会有所反应呢。含羞草的运动反应也是在长期的自然选择下形成的一种保护性反应。

无独有偶，有一种叫舞草的豆科多年生落叶小灌木，不仅能运动，而且还会“跳舞”呢！它的三出羽状复叶的顶小叶约长8厘米，二侧小叶仅2厘米左右，这对小叶能明显的转动“翩翩起舞”。其学名的印加词（gyrans）即为“旋转”之意。侧生小叶或作360度的旋转运动，或上下摆动，时而二小叶随时向上合拢，然后慢慢分开平展，时而一片向上，一片朝下，同一植株的各小叶可同时“起舞”，有快有慢，此起彼落，颇有节奏，煞是动人。即使在夜间的“睡眠”状态下，小叶也仍徐徐转动不止，只是速度慢于白天。舞草的“感夜运动＂与合欢等的情况不同，每到夜晚，它的叶柄向上举起贴向枝条，顶叶压下靠拢叶片像一把正在合拢的小折刀，呈“之”字形。顶叶和叶柄儿与地心引力平行，可减少支撑叶片的能量消耗。这是由于顶小叶及整个摹叶的叶枕部有一群细胞增加了膨压所致。随着晨曦的到来，叶腋角度增大，顶小叶撑开，这是因为叶枕部相反位置的一群细胞增加了膨压。该运动机制与含羞草的相似，但它的“感夜运动”并非像含羞草的“感震运动”一样由机械刺激引起。舞草昼夜不停的“舞蹈”是植物界里比较罕见的，它既不是含羞草的“感震运动”，也不是向日葵的“向光性运动”，其运动之谜迄今尚未搞清楚。有人认为，舞草是否像同科豌豆的叶卷须那样，它接受了小叶转动的遗传信息，因而能够“翩翩起舞”，但没有得到小叶变成卷须的基因。当然这仅是一种假设，其真正的运动机制还有待于人们去探索和研究。(www.xing528.com)

另外，植物还有各种部位的螺旋运动。开紫红色喇叭状的牵牛花用茎以左旋方式攀援缠绕而上，棒草的茎向右旋，何首乌左右“开弓”，随时可以改变茎的旋转方向。若从直立植物茎尖的垂直上方俯视茎的尖端，可见它一直在不停地“画”整齐的圆圈，这是一种上升性的螺旋运动，称作回转转头运动。植物的茎、叶等还可变态成卷须，与物体接触时就产生向前运动，缠卷他物攀爬，这是一种向性运动。葡萄的卷须，无论哪一部分碰到支架就能立即卷曲，但黄瓜的卷须只有上侧或卧侧的某一面有感受性，另一面则没有，即使碰上支柱也不会定生卷曲。它们以及丝瓜的卷须都由茎变态形成，称为茎卷须。豌豆的是叶卷须，胡瓜则兼具茎卷须和叶卷须，野生的菝葜是叶卷须。卷须的向触运动的原因现在知道得还很少，初步认为它是由于生长素分配不均匀而引起的。植物依螺旋运动攀爬他物可以获得较多的阳光和空气，有利于自身的生长发育和后代的繁衍，同时又节省了很多像直立植物消耗在茎干和枝条上的物质，符合经济原则，也是在进化过程中形成的适应性。

植物的各种形式、各种机制的运动，确是一个十分有趣而复杂的问题，有的尚未搞得十分清楚。但都表明植物也是有感觉的，它们对刺激能产生各种不同的反应，起到“自顾和自卫”的作用。这是它们在生物进化中长期适应生活环境的结果，具有高度的科学性和先进性。植物的运动机制还有待于作进一步的深入研究，人们可以通过“植物仿生学”得到许多奇妙有益的启示，为促进生产和建设服务。