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第84章 植物常识(2)

植物属于自养生物,它们能通过光合作用自己制造食物,同时,植物体内具有输送物质的微细管道系统,能将物质运往各个部分。这样,植物体内的物质不断地转移,各种营养素被输送到各部分,废物则被运出去。

输导系统

植物同其他生物一样具有一套输送物质的微细管道系统。植物靠维管系统在体内输送物质。植物的维管系统包括两种维管组织:木质部和韧皮部。在草本植物中,木质部和韧皮部的细胞垂直排列成维管束。简单的植物,例如藓类等没有这些特化的输导系统。

矿物质的吸收和传送

因为植物根部的细胞壁不可能允许固态物质进入,所以土壤中的矿物只有溶解在水中时才能被植物吸收。含有矿物质的汁液透过表皮,穿过细胞壁,但不进入细胞内部,一直到达木质部,然后由木质部从根部向上传送给顶端的枝干。

萎蔫

植物因缺水而引起的皱缩现象,叫萎蔫。植物依靠水分来保持形状,如果植物从叶子上散失的水分多于从根部摄入的水分,细胞就会失去膨压而变软,最后引起植物萎蔫。

根压

当植物的根从土壤中吸收矿物质时,矿物质常富集在木质部的细胞内。然后木质部的细胞又因为渗透作用使水分从土壤中流入木质部的细胞内,因而产生了迫使水沿茎上升的压力,这种压力称为根压。

植物的光合作用

能进行光合作用,是植物最显著的特征。植物每天都要吸收太阳光能,借此制造各种养料,为地球上的人类和所有动物直接或间接地提供生存所必需的食物,以及一种最重要的物质——氧气。

光合作用

太阳光

当太阳的光到达我们居住的地球时,我们的眼睛就会看到周围各种颜色的物体,如果没有光,我们周围的一切都是漆黑一团。太阳是个巨大发光发热的球体,并以电磁波的形式把它的光和热毫不吝惜地向宇宙各处抛洒,到达地球表面的电磁波其波长从几纳米到上千米不等。我们感觉到的“光”,实际上就是我们眼睛能够看到的所谓的“可见光”,它是太阳光谱中的一小部分。太阳的光和热以辐射的形式到达地球,植物就是吸收了这些光,才能够进行光合作用的。

什么是光合作用

绿色植物细胞中的叶绿体或者是叶绿素利用太阳光的能量,利用周围环境中的水分和空气中的二氧化碳,制造合成碳水化合物,同时释放氧气,这个过程叫做光合作用。光合作用的实质,是把太阳光中的能量转化成化学能,贮存在碳水化合物的分子中。

光合作用的意义

在地球上,所有的生物在进行生命活动的时候,都必须消耗能量,或者说都必须有能量的供应。这些能量是从哪里来的呢?我们人类当然是靠吃饭(主要由粮食、蔬菜和肉组成)。动物要靠吃草或吃其他的小动物,当然小动物也是靠吃草,归根结底,它们是以吃草为生的。这些草、粮食以及蔬菜中蕴藏着的能量,都是由绿色植物通过光合作用制造的。如果没有光合作用,地球上所有的动物都要因为缺少食物而饿死,或者因为缺少新鲜氧气而闷死。植物在进行光合作用的时候,还要释放出氧气,只有大气中有了足够的氧气,需要有氧呼吸的真核生物出现,也才能使在大气层的上空形成臭氧层,挡住紫外线等有害射线的伤害,各种生物才能最终走上地球这个大舞台,上演出生物进化的精彩历程。

叶绿素

冬去春来,和煦的春风吹拂大地,蒙蒙的小雨淅淅沥沥,灿烂的阳光一片明媚,整个世界一派葱茏,郁郁葱葱之间透出勃勃生机。绿色的山峦、青青的原野,处处显露出青翠欲滴,整个世界弥漫着绿色的气息。这都是植物的装扮,是叶绿素的功绩。叶绿素分子有两个吸收高峰,一个是在红色区,另外一个是在蓝色区,而对绿色光的吸收则很少,所以反射出一派盎然绿意,才使得春天成为绿色的主旋律。

叶绿素分子

叶绿素分子不光是绿色使者,更是阳光捕获者。它有着一种怪异的长相,大大的四方脑袋,拖着一条长长的尾巴,大脑袋便于捕获阳光,长尾巴利于给自己定位。叶绿素分子有3种,即叶绿素A、叶绿素B和叶绿素C,叶绿素A存在于所有的光合生物中,叶绿素B存在于绿色植物中,叶绿素C存在于杂色藻类中。在所有这些色素中,叶绿素A是不可缺少的,所以除了叶绿素A外,其他色素都是辅助色素。

光反应与暗反应

植物的光合作用是个非常复杂的过程,可以简单地分成两个反应,一个是光反应,另外一个是暗反应。顾名思义,光反应只有光存在的条件下才能进行,发生在叶绿体的类囊体上,包括光的捕获、水的电离、电子传递、光合磷酸化等内容;暗反应是光合作用的第二个阶段,没有光照也能进行,发生在叶绿体的基质中,暗反应是一个二氧化碳固定过程。

二氧化碳的固定

光合作用中的暗反应实际上是一个二氧化碳固定的过程。暗反应的过程发生在叶绿体的基质里,这个过程是不需要光的。但既然是个合成的过程,就需要能量的供应,这个能量的供应者就是ATP。ATP是“三磷酸腺苷”的英文缩写,它是一种可以在光合作用过程中形成的能量物质。ATP形成后,进入到基质中,为暗反应提供能量。暗反应通过一系列复杂的化学反应过程,将二氧化碳固定下来。

三碳植物与四碳植物

植物光合作用的暗反应过程中,二氧化碳的固定有不同的方式。根据二氧化碳固定方式的不同,植物有三碳植物与四碳植物之分。四碳植物光合作用的效率大于三碳植物,在二氧化碳浓度较低的情况下,这种差别尤其明显。玉米和甘蔗是典型的四碳植物。

耐旱的CAM植物

CAM植物的含义是细胞采用“景天科酸代谢途径(简称CAM)”的多肉植物。因为它们生长的环境极为缺水干旱,在酷暑难耐的白昼,这一类植物的气孔也处于关闭状态,把呼吸作用产生的二氧化碳保存在植物体内叶肉细胞的有机酸中,当有光照的时候,这些有机酸在维管束鞘细胞中分解释放二氧化碳供光合作用使用,不发生或者极少发生气体交换。而在稍微凉爽的夜晚,它们打开气孔,进行光合作用和呼吸作用的气体交换,并且表现出释放的氧气多于呼吸作用产生的二氧化碳气体。

植物的蒸腾作用

很多人都有养花的爱好,有没有想到给花浇的水都到哪里去了呢?其实除了很小一部分被从花盆中直接蒸发掉,大部分水分都是供植物用于蒸腾作用了。植物的根从土壤中吸收水分,最终通过叶片把水分散失到空气中,这个过程就是蒸腾作用。

“植物是靠吐水长大的”

我们知道,植物以水和二氧化碳制造碳水化合物,但是植物吸收的水分真正用于光合作用的量却非常之少。举例来说,一株玉米从苗到结实的一生中,用于构成植物体的水分和维护生理过程的水分,只占植物吸收水分总数的1%,而其他99%都被蒸腾掉了。

精巧的机关——气孔

水分在植物体内是十分宝贵的,水分的丧失对植物体是致命的。为了尽量减少因蒸腾作用而导致的水分丧失,植物体进化出一套精巧的机关。植物叶片表皮上有角质层,甚至还有蜡质,它们都有阻止水分丧失的功能。但最为精巧的结构是气孔,气孔的两个保卫细胞能使气孔自如地开、闭,既能保障植物气体的交换,也能最大限度地减少水分的丧失。

蒸腾作用的意义

既然只要很少量的水就能够满足植物进行光合作用的需要,那么大量的水用于蒸腾作用有什么意义呢?我们都有在炎热夏天感受酷暑难耐的经历,当我们身在灼热的阳光下,或经历剧烈运动后要大量出汗,出汗可以降低我们的体温。同样植物也以蒸腾作用的方式散失水分,降低植物体的温度,以避免因阳光强烈而灼伤叶片。水分在植物内的吸收与运输,与蒸腾作用也是密不可分的,人们常说,水往低处流,可是高达几十米,甚至上百米的树顶,水分是怎样“泵”上去的呢?其中蒸腾作用的蒸腾拉力起很大的作用,水分子是极性分子,分子之间有引力,当气孔中的水分子逃逸时,就把下面的水分子拉了上来。当水在植物体内从下向上流动的过程中,溶解在水中的无机盐和矿物质会随水一起被运输到整个植物体的各个部分。

蒸腾作用与水循环

地球上很多物质都是循环的,水分也不例外,太阳的光和热把液态的水变成水蒸气,水蒸气上升遇冷又变成液态或固态的雨、雪降到地面上,地面上的水又通过河流流回到海洋,完整的水循环,这是大家都知道的。可是地表上有很大一部分水并没有直接汇进海洋,而是被植物吸收了,然后通过植物的蒸腾作用把水以气体的方式散放到空气中,升到空中又降到地面,这也是水循环的一种形式。

植物与环境

我们都知道地球由大气圈、水圈、土壤圈、岩石圈和生物圈五大圈层构成,生物圈是其中最生机勃勃的一个圈层,而植物在地球的生物圈中发挥着不可或缺的作用。它们为生态系统中的其他生物提供生存所必需的食物和氧气,并参与自然界各种能量和物质的循环,有效地为大自然发挥着自我调节的作用,可以说是生态系统中最基础、最重要的一环。

氧气的诞生

地球从诞生到现在已经有46亿年的历史了,而原始状态下的地球大气中是没有氧气的,当然也就没有生命物质。能够进行光合作用的植物出现之后,就开始不断地吸收大气中的二氧化碳,放出氧气。经历了亿万年的过程,地球才形成了今天这样的大气组成。

食物链中的生产者

在生物界中,各种生物互相依存,它们是由食物链或食物网联系在一起的。能量以食物的形式在食物链中传递。利用能量将简单物质变为食物的生物就是生产者。生产者可以制造自己的食物,它们形成食物链的第一营养级。绿色植物是最重要的生产者。

碳的循环

碳是构成一切生物的基本元素,它在生物世界中不断地循环着。植物进行光合作用时,从空气中吸进二氧化碳。当动物吃植物时,它们也吸收了碳。动物呼吸和动植物尸体腐烂时,二氧化碳又被释放到空气中。

呼吸作用

我们都知道植物的光合作用是吸收二氧化碳、放出氧气的过程,其实植物除了进行光合作用外,还会和人一样进行呼吸作用,即吸收氧气排出二氧化碳。光合作用与呼吸作用是同时进行的,但光合作用只能在白天有阳光的时候进行,呼吸作用却是白天夜晚都在进行,植物晚上只会吸收氧气排出二氧化碳,因此清晨的树林中二氧化碳含量比较高,是不适合晨练的。

蒸腾作用与环境

植物的蒸腾作用对改善环境有很大的作用,人们常说大树底下好乘凉,一来树冠阻挡了阳光的直接暴晒,二来由于水的比热值很高,当蒸腾作用把水分散发到空气中,水分在蒸发的过程中能够吸收很大一部分热量,使周围的环境温度降低,同时经蒸腾作用散失的水分可以提高大气中的湿度,让人们感觉舒服一些。

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