少年植物学家：植物遨游太空的探索

在一次小组会上，少年植物学家们对植物遨游太空问题展开了讨论。

智星吴的叔叔是位宇航员，他把同叔叔的对话“搬”给了少年植物学家：

“我说：‘叔叔，你们宇航员吃什么食物呀？’

“‘你说，一个人要维持自然的生命状态，最基本的条件有哪些？’叔叔问我。

“‘那自然是食物、水和氧气了。’我回答。

“‘对！这是每个人包括宇航员在内都不可缺少的。目前宇航员的食物、水和氧气是靠地面供给的，这就给宇航带来了极大的困难，造成了巨大的开支。为了解决这个问题，许多科学家曾设法压缩或浓缩蛋白质、脂肪、淀粉类化合物以及富含多种维生素的食品，但是都不令人满意。理想的食品应该是一方面能解决宇航员的营养问题；另一方面还能解决氧气供给、人体产生的二氧化碳排出和排泄问题，同时还要体积小、重量轻。怎么解决呢？于是，科学家们想来想去，终于想到了绿色植物中体积最小的藻类植物——小球藻。它含蛋白质50%，科学家们认为这是比较理想的宇航食品。’

“我问：‘小球藻能在太空生活吗？’

“叔叔看出了我的怀疑，解释说：‘小球藻是一种单细胞球形绿藻，壁很薄，叶绿体呈杯状，占据细胞的绝大部分，里面含有大量的叶绿素，在阳光下可以进行强烈的光合作用。生长繁殖迅速，体重在一天之内可以迅猛地增长，有时可增长100倍。它含有极为丰富的营养成分：含有50%的蛋白质，含有10%～30%脂肪、维生素A和维生素C，营养价值大大超过鸡蛋、牛肉和大豆，因而享有植物肉美称。前苏联科学家曾把小球藻载入宇宙飞船，进入太空旅行。试验证明，小球藻在失重条件下能够正常生长发育。’

“我不禁又问道：‘小球藻在太空中怎样生活呢？’

“‘把小球藻养殖在宇宙飞船舱内，因为小球藻是自养植物，可进行光合作用。在适宜条件下它可以不断地进行光合作用，制造有机物，供宇航员食用，同时光合作用还能释放出氧气，供给宇航员呼吸。而宇航员呼出的二氧化碳又是小球藻进行光合作用所必需的原料，宇航员体内排出的其他废物及残渣，又可为小球藻生长提供无机盐等。这样，互利互惠，还可减轻船舱的重量、净化空气，同时解决了宇航员的食物和氧气问题’。

“我听完叔叔的介绍，高兴地说：‘想不到小小的小球藻，竟解决了宇航员在太空生活中的食物和氧气两大难题，可真了不起啊！’”

“刚才智星吴介绍的是宇航员与小球藻的互惠关系，这是研究太空植物的一个方面。”胖子于说，“今天，我们主要探讨一下太空育种问题。有关资料介绍，太空育种能带来巨大的经济效益，有着广阔的前景。”

瘦子王接着说：“早在20世纪60年代，美国和苏联科学家就曾多次用飞船把植物送上太空，进行栽培实验。科学家发现，作物在太空中的生长情况和在地球上不同，会发生许多奇妙的变化：小麦的叶片不是始终朝一个方向，而是忽而朝这，忽而朝那，如同一团乱麻；大豆也怪，根不朝土里钻，而是蹿出土壤；向日葵的向日运动周期大大加快；植物细胞分裂的速度也变快了。究其原因，是失重打破了植物体内生长激素的分布规律，影响了植物的正常生长。

“那么，如何克服失重对植物生长的影响呢？后来，科学家模拟地球表面固有的弱电场，让栽培太空作物的泥土带电，从而才使植物有规律地生长了。

“科学家在宇宙飞船上实验，一盆盆的青菜、葱头、胡萝卜、燕麦、小麦、绿豆、松树苗、郁金香、兰花，生长得绿油油的，小麦的成熟期比地面提前了48天。”

刀嘴李事先查找过资料，她兴奋地说：“科学家的目光瞄向了太空育种，因为太空环境能诱发农作物种子产生特异性变化，而且多数变异性状稳定较快，有利于加快育种进程。通过太空育种培育的新品种能提高农作物产量，改变农作物品质，缩短农作物成熟期，并能出现一些常规育种不易见到的变异情况。显然，太空育种比陆地具有很大的优越性。

“1980年，美国将西红柿种子做太空搭载试验。通过种植，发现其发芽率高，生长快，长势旺盛，个大色红，酸甜适中，增产率达30%～60%，表现出地面所达不到的优势。”

“我国在太空育种方面也处于领先地位。”快手张说，“我国已无数次利用返回式卫星将51种植物、300多个品种的农作物种子送上太空，进行诱变处理，返回后进行种植试验，获得许多变异品种，并从中筛选出了数百个早熟、丰产、优质、抗病的新品种。例如，江西省搭载的‘农垦58’水稻种子，穗长、粒大，有的一株竟长有3～4穗，每667平方米产量达600千克，有的高达750千克，蛋白质含有量增加8%～20%，生长期平均缩短10天。在青椒中，获得了单果重达250克以上、比对照系增产120%的早熟新品系。”

“哎，我们想法弄一点儿太空种子做实验，怎么样？”刀嘴李见大家对太空种子这样着迷，便大胆地提出了自己的想法。

“你的建议好是好，可种子从哪里弄啊？”快手张为难地同。

“这个嘛，我自有办法。”刀嘴李说，“我有一个亲戚在农业科学院工作，托他弄点儿种子不会成问题的。”

几天之后，刀嘴李还真弄来了太空种子，是太空西红柿种子。于是，他们开始实验。

他们把太空西红柿籽和本地优良的穗丰西红柿籽各100粒，先放在55℃水中搅拌至30℃后，再浸种6小时，以除去抑制种子萌发的物质。然后，把种子洗净后均匀地摆在垫有两层湿润滤纸的培养皿中，上盖两层湿润纱布，每个培养皿放100粒，并放在室温下催芽。

他们将出芽的种子点播在纸钵内，一纸钵一粒，然后把长出的幼苗移植到塑料营养袋中。当幼苗长出真叶后，就把幼苗移到实验田里。这两种西红柿按照常规管理方法进行同样的管理，施肥，浇水，锄草，待第3层花长出后，摘去顶芽。

这一实验过程从催芽、栽种到收获，由刀嘴李一手操办。最后，她在少年植物学家小组会上总结说：“太空西红柿同穗丰西红柿相比，除结果率稍低、始花期和果实成熟期稍迟外，在其他方面都有明显优势，发芽率提高了9%，出苗率提高了19%，幼苗平均株高增长0.63厘米，平均单果增重61.1克，平均单株果重增重573.2克，最高单株果重增重767.1克，平均单果直径增长1.1厘米，平均单果长度增长0.81厘米，总产量增重8 594.2克，增长75.6%。如果按每亩定植2 500株计算，则可增产1 433千克，经济效益可观。同时，太空西红柿植株抗逆性强，生长茂盛，不仅果形好，果色也好，口感优于普通西红柿，而且耐贮藏。”

“太空西红柿果大味甜，通过农业科学院专家代测，含糖量为3.6%，很值得推广。”快手张补充说。

“有机会，我们还要多研究太空植物。”胖子于说。

“对！”大家一致同意胖子于的建议。

35小论文答辩

学习了“光合作用”以后，少年植物学家展开了热烈的讨论。瘦子王说：“是绿色植物养育了世界，绿色植物是一切生物生存的基础。”(www.xing528.com)

“研究光合作用的意义十分重要。”刀嘴李说，“光合作用的秘密远远没有揭开，我们要很好地研究光合作用。这就是我们的奋斗目标。”

“真是奇妙啊，就这么一片叶子就可进行光合作用。”胖子于说。

智星吴说：“金秋季节，漫步田野，丰收的景象尽收眼底，金灿灿的稻谷、红彤彤的高粱、雪白的棉花……这一切丰收的景象，都是绿叶的杰作和功劳。”

这次讨论唯独快手张没有发言，她在想着一个问题：绿叶能进行光合作用，那么，紫鸭跖草能不能进行光合作用呢？

时间过得真快，转眼1个月过去了。

这天，天气格外晴朗，省科技馆礼堂内格外热闹。十几位专家坐在主席台上，新闻记者在不停地拍照、录像。

只听大会主持人说道：“下面是育才中学的张兰同学，她写的论文题目是：《紫鸭跖草的光合作用》”

专家们都拿到了这篇打印的论文：

紫鸭跖草的光合作用

A市育才中学少年植物学家小组

执笔人：张兰

学习了“植物光合作用”之后，少年植物学家的注意力转向紫鸭跖草上了。刀嘴李说，紫鸭跖草叶子不是绿的，是紫色的，它能进行光合作用吗？瘦子王说，紫色的叶子，不含叶绿素。总之，少年植物学家们议论纷纷，说法不一。到底紫鸭跖草能不能进行光合作用呢？少年植物学家们带着问题来到校植物园，对紫鸭跖草仔细观察起来。紫鸭跖草的叶互生，略带肉质，卵状披针形。整个叶片看不到绿色。看着紫鸭跖草的形态，胖子于说，如果说紫鸭跖草不含叶绿素、不能进行光合作用的话，而它却生长得这么茂盛，所需的有机物养料是从哪儿来的呢？总不会是异养吧！实验最有说服力，我们何不做个实验来证明这个问题呢？于是，少年植物学家们就做起实验来：摘了一片鸭跖草叶片，放在小烧杯中，再加上95%酒精，直到浸没叶片。把小烧杯放在盛开水的大烧杯中，用酒精灯隔水加热。不一会儿，酒精沸腾了，叶片在酒精中翻滚，并逐渐从叶片中渗出绿色物质。我们见到这种情况，心中十分高兴，原来紫鸭跖草的叶子也有绿色，只不过被紫色的花青素遮盖住了。

那么，这绿色植物到底是不是叶绿素呢？刀嘴李找来碘酒，说，我们给叶片滴上碘酒再说。说着，她就滴了一滴。不一会儿，叶片渐渐变成了蓝色。遇碘变蓝色是淀粉的特性。这就证明紫鸭跖草叶片中确实存在着淀粉。淀粉是叶绿素进行光合作用的产物。不过，叶子有了淀粉，还不能足以证明它是叶绿素进行光合作用制造出来的，还有可能从其他方面取得。

鉴于这个问题，我们找来一只花盆，挖了一棵带土的紫鸭跖草栽进去，并浇上了水。因带的土多，并不影响它的生长。我们把它放在黑暗的环境中一昼夜，然后选了一片叶作为实验叶片，在叶子上夹了一小块正方形黑纸板，在阳光下照射两个小时后取下叶片；以同样的方法用酒精隔水加热。当叶片变成淡色时用镊子取出用水冲洗，滴上碘酒，只见叶片没有遮光的部分逐渐变成蓝色，证明产生了淀粉，而遮光部分没有变蓝，说明不产生淀粉。这可以证明紫鸭跖草的叶子是能进行光合作用的，那溶解在酒精中的绿色物质就是叶绿素。

在校植物园观察时，我们还发现一个问题：栽种在向阳处的紫鸭跖草长得茂盛，背阳处瘦弱些。这说明什么问题呢？

这又使我们想到实验中发生的一种现象：用酒精灯给紫鸭跖草的叶片加热时，它从叶片上溶解的绿色远比别的植物要淡，说明叶绿素少。

这样，紫鸭跖草喜光的生理特点找到了。只有在强光照射下，本身含叶绿素少的紫鸭跖草才能有较高的光合作用效率，以制造较多的有机物质来满足自身需要。因叶子蒸发得快，所以，适宜生活在湿润的环境中。

通过进一步查找资料、走访老中医，了解到紫鸭跖草具有清热解毒、利尿的作用。治疗咽喉肿痛，可用鲜紫鸭跖草100克，水煎服；治疗水肿、腹水，可用鲜紫鸭跖草100～150克，水煎服，连服数日。治疗丹毒，可用鲜紫鸭跖草100～150克或干品50克，水煎服；治疗关节肿痛、疮疡肿毒，可用鲜紫鸭跖草200克，水煎，乘热洗患处，或捣烂敷于患处，每天1次……

我们不仅了解了紫鸭跖草光合作用的内容，还意外地知道了它的药用价值，尝到了动手实验、勇于探究的甜头。

专家们看完张兰的论文，都微笑着点点头。一位姓王的教授问：“张兰同学，你们在课本上只学习了绿色植物进行光合作用方面的知识，你们却以独特的眼光，探讨了表面看来叶片是紫色的植物的光合作用问题，这种可贵的好奇心和探究精神可嘉。这是在教师启发下完成的，还是你们独立完成的？”

“这个实验从开头到论文完成，都是少年植物学家集体的智慧和成果，由我执笔，并不是在老师启发下完成的。老师在平日培养了我们这种能力，当然与老师的支持分不开。要知道，我们是少年植物学家，我们做过大量的实验，这个实验并不怎么难，人人都会做。”张兰侃侃而谈。

“你们为什么要把紫鸭跖草叶放在95%的酒精中而不是放在水中，也不是直接给它加热呢？”戴眼镜的李博士问。

“叶绿素只溶于酒精中，不溶于水，所以要用酒精。”张兰不慌不忙地说，“因为酒精有可燃性，用火直接给酒精加热，有危险，可能引起失火。实验以安全为第一要素。”

“你们是怎么知道紫鸭跖草具有药用价值的呢？”一位姓于的学者问。

“我们在查找紫鸭跖草的有关资料时，无意中看到它有药用价值，于是，我们就访问了一位姓孙的老中医，是孙爷爷告诉我们那些治疗方法的。”张兰回答。

“你们这次的体会是什么？”一位专家微笑着问。

“善于用观察的眼睛看问题。”张兰说，“学会观察，敢于标新立异，大胆动手实验，是我们这次成功的关键。只有提出问题用实验来验证问题，才能使问题得到解决。今后，我们还将继续努力，争取做出更大的成绩。”

顿时，全场响起了热烈的掌声。

专家评审的结果是，张兰执笔的论文获省青少年科技论文评比少年组一等奖。