什么控制植物的生長(zhǎng)方向？

植物打從種子萌芽開(kāi)始，根與莖這對(duì)孿生兄弟的命運(yùn)就有了”天壤之別”。植物的根越來(lái)越”沉悶”，它選擇了”黑暗”，寧愿呆在暗不見(jiàn)天日的土壤里，一不注意冒出頭來(lái)，也要馬上縮回去。而植物的莖則向往”光明”，它一個(gè)勁地向天空伸展，長(zhǎng)出茂盛的枝葉，與根成了一對(duì)分道揚(yáng)鑣的”冤家兄弟”。走進(jìn)大自然，你會(huì)發(fā)現(xiàn)根與莖簡(jiǎn)直是水火不容。你難以發(fā)現(xiàn)有哪根莖會(huì)到根的家里——土壤中”竄門(mén)”，也難以看到根來(lái)到莖的家中——空中游玩。即使榕樹(shù)、黃桷樹(shù)等枝條上偶然出現(xiàn)些”氣生根”，它們也明白是自己一時(shí)錯(cuò)摸了”家門(mén)”，齊刷刷地向下生長(zhǎng)，要回到土中的老家中。

幾百年來(lái)，科學(xué)家們就對(duì)植物這一奇特的生理特性產(chǎn)生好奇：是什么力量促使它選擇根朝下、莖朝上的生長(zhǎng)方向呢？包括英國(guó)著名的生物學(xué)家、進(jìn)化論的鼻祖達(dá)爾文都沒(méi)能給出一個(gè)合理的解釋。直到1926年，美國(guó)植物生理學(xué)家弗里茨·溫特從一個(gè)實(shí)驗(yàn)中才找到一絲答案。這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，弗里茨·溫特將一株植物的”胚芽鞘”完全置放于一個(gè)黑暗的屋子中，然后用一支手電筒，給胚芽鞘的一面提供”陽(yáng)光”，而另一面則完全處于黑暗中。一天一夜后，胚芽鞘的生長(zhǎng)發(fā)生了有趣的變化，彎成了一把弓，而弓的方向，正是手電光照射的方向。也就是說(shuō)，這株植物的胚牙鞘受到遮蔭的部分生長(zhǎng)加快，而受到手電光照射的部分則生長(zhǎng)明顯變慢，導(dǎo)致了”弓”的形成。

這是什么原因呢？照道道理，光照對(duì)于發(fā)芽初期的胚芽鞘來(lái)說(shuō)，沒(méi)有多大意義，它沒(méi)有形成葉片，還不能進(jìn)行光合作用。顯然，是光照反而給了胚芽鞘刺激，影響了它的生長(zhǎng)。于是，弗里茨·溫特再對(duì)胚芽鞘進(jìn)行了研究，幾個(gè)月后，竟從胚芽鞘中分離出一種化合物——”植物生長(zhǎng)素”。 弗里茨·溫特發(fā)現(xiàn)，這種植物生長(zhǎng)素具有促使植物生長(zhǎng)的功能。于是，弗里茨·溫特認(rèn)為，植物的莖或葉片的彎曲是由于生長(zhǎng)素在組織內(nèi)的不對(duì)稱(chēng)分布造成的。當(dāng)植物受到外界的刺激，也就是”光照”的刺激時(shí)，植物組織下部，也就是根部的生長(zhǎng)素含量會(huì)大大增加，于是就使植物的根朝下生長(zhǎng)，而莖則朝上生長(zhǎng)了。

不久之前，美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的植物學(xué)家邁克爾·埃文斯又有一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)。他認(rèn)為，無(wú)機(jī)鈣也能影響植物的生長(zhǎng)方向。埃文斯在研究中發(fā)現(xiàn)，在植物的彎曲生長(zhǎng)過(guò)程中，無(wú)論是根的”尾部”還是芽的”尖部”，都存在著含量很高的無(wú)機(jī)鈣。那么，無(wú)機(jī)鈣怎樣使植物辨別方向呢？埃文斯解釋說(shuō)，因?yàn)橹参锏母谟兄鴺O豐富的含淀粉體的細(xì)胞，而淀粉體就會(huì)把其內(nèi)部的鈣送到根冠下側(cè)。這時(shí)，如果用特殊的實(shí)驗(yàn)手段去阻止鈣的移動(dòng)，那么，植物馬上就會(huì)表現(xiàn)出不按正常的方式去生長(zhǎng)。同樣，植物的芽雖然沒(méi)有冠部，但也含有豐富的淀粉體，淀粉體也能將其內(nèi)部的無(wú)機(jī)鈣送到上側(cè)的細(xì)胞中。這顯然說(shuō)明，無(wú)機(jī)鈣對(duì)植物生長(zhǎng)方向有不可忽視的重要作用。

那么，既然淀粉體內(nèi)有許多無(wú)機(jī)鈣，而無(wú)機(jī)鈣又能在植物體內(nèi)來(lái)去自如，除了重力之外，又是哪一種力量使無(wú)機(jī)鈣如此方便地上下”移動(dòng)”呢？最近，美國(guó)德克薩斯州立大學(xué)的研究人員斯坦利·魯在研究中發(fā)現(xiàn)，這是由于細(xì)胞的上端和下端之間的電荷不同，兩端電荷的不一致引起細(xì)胞極化。結(jié)果，為數(shù)眾多被極化的細(xì)胞排列在一起，總電荷就強(qiáng)得足夠吸引任何相反電荷的鈣原子，驅(qū)使它們?cè)隗w內(nèi)移動(dòng)。于是，斯坦利·魯提出，由于細(xì)胞的極性帶動(dòng)鈣的移動(dòng)，從而導(dǎo)致植物莖干總是向上”進(jìn)攻”，而根則朝地下”躲藏”。

由誰(shuí)控制植物生長(zhǎng)方向的研究仍在進(jìn)行，到底是什么決定了植物的生長(zhǎng)方向，是”植物生長(zhǎng)素”還是”無(wú)機(jī)鈣”？是細(xì)胞的極性還是數(shù)者兼而有之？目前，依然有待于進(jìn)一步探索。