誰操縱著植物的生長方向

劉　怡

很少有人去思考，植物的枝干為什么往上長，根卻往地下扎。人很容易分辨方位，因為人有一套非常復雜的感覺系統，那么，植物怎樣分清方向呢？植物也有感覺器官嗎？

達爾文無法解釋

很久以前，有人就發現，當花盆中的植物長到一定高度后，把花盆傾斜，植株仍會朝上生長。這一現象非常奇特，許多科學家對之產生興趣，這當中也包括進化論的鼻祖——達爾文。

像許多同時代的科學家一樣，達爾文首先想到的原因是重力。他認為，地球的引力一定是影響植物生長方向的重要因素。達爾文進一步觀察到，植物的芽和根在改變生長方向時，各部分細胞的生長速度是不同的，但這一切又是由什么因素來決定的呢？限于當時的科學實驗條件，達爾文無法做出更進一步的解釋。

1926年，美國植物生理學家弗里茨·溫特做了一個實驗，他使植物的胚芽鞘一面受光，另一面對著黑暗處。結果胚芽鞘的生長發生了有趣的變化，它漸漸朝著有光的方向彎曲。后來，溫特從胚芽鞘中分離出一種植物生長素，它具有促使植物生長的功能。當胚芽鞘受到光照時，生長素就聚集到遮蔭的一側，而生長素的積累使遮蔭部分生長加快，受光部分則由于缺少生長素而生長較慢，導致植物生長彎曲。于是溫特認為，植物莖或葉片的彎曲是由于生長素在組織內的不對稱分布造成的,而光照方向會影響植物內部生長素的分布。

可惜溫特的發現也不能完全讓人信服。舉個例子來說，在北半球許多森林中的樹木，其主干都是筆直朝上生長的，但太陽卻從來沒有在它們的正上方光顧過，況且有些樹木生長的地方還見不到陽光。

是重力的緣故嗎

植株向上生長已經難以解釋了，細心的科學家又發現植物根總是朝著地心引力的方向生長。

研究發現，植物根朝著地心引力的方向生長，也是通過植物生長素在根細胞里的分布來實現的。于是科學家猜測，也許有一種可以稱之為“平衡面”的“重力感應物”流向根細胞的底部，從而影響生長調節劑在細胞中的分布。可是這種“平衡面”究竟屬于何物？又是如何起作用的呢？科學家們至今無法知曉。

不過許多科學家相信，重力在植物的方向感知方面充當了某種重要角色，并且影響著植物的諸多表現行為，但植物究竟以何種方式回應重力的牽引尚不清楚。重力的牽引是如何導致植物在生長過程中的生化反應變化，又成為科學家感興趣的研究內容。

新的發現——無機鈣

如今，美國俄亥俄州立大學的植物學家邁克爾·埃文斯及其同事提出了新的理論：無機鈣對植物的生長方向起著舉足輕重的作用。他們在研究中發現，植物的彎曲生長過程中，無論是根冠的下側部位還是芽的上側部位，都存在著高含量的無機鈣。

那么，無機鈣又是如何使植物辨別方向的呢？埃文斯解釋說，因為根冠有著極為豐富的含淀粉體的細胞，在重力的作用下，淀粉體就會把內部的鈣送到根冠下側。這時，如果用特殊的實驗手段去阻止鈣的移動，植物就不會按正常的方式去生長。同樣，植物的芽雖然沒有冠部，但也含有豐富的淀粉體，淀粉體也能將其內部的無機鈣送到上側的細胞中，這說明，無機鈣對植物生長方向起著不可忽視的重要作用。

航天技術或可揭謎

更有甚者，一些科學家推測，當植物細胞中的流動物質（原生質）在重力的作用下向下流動的時候，細胞壁上的壓力會相應地發生變化并產生某種信號，來幫助植物辨別哪是“上”，哪是“下”。

據悉，美國宇航局已經用航天飛機把植物種子送上天，希望揭開植物生長的奧秘。美國宇航局“生命／磁場”實驗的主要負責人卡爾·哈森斯坦說：“航天飛機把亞麻種子送上地球軌道，并由計算機控制種子萌發時所需要的水與溫度。種子在這種環境中，重力已經變得微乎其微了，同時，植物細胞中的原生質，以及淀粉顆粒的運動也將發生變化。”科學家指出，研究淀粉顆粒在不同環境下的運動狀態可能有助于揭開種子萌發方向的秘密。

不管怎樣，影響植物生長方向的因素有很多，科學家們正在一步一步地揭開其中的奧秘，相信在不久的將來，我們能夠找到決定植物生長方向的終極答案。

小資料

生長素是一類含有一個不飽和芳香族環和一個乙酸側鏈的內源激素，英文簡稱IAA。生長素在擴展的幼嫩葉片和頂端分生組織中合成，通過韌皮部的長距離運輸，自上而下地向基部積累。根部也能生產生長素，自下而上運輸。

生長素有多方面的生理效應，這與其濃度有關。低濃度時可以促進生長，高濃度時則會抑制生長，甚至使植物死亡。生長素的生理效應表現在兩個層次上。在細胞水平上，生長素可刺激形成層細胞分裂；刺激枝的細胞伸長，抑制根細胞生長；促進木質部、韌皮部細胞分化，促進插條發根、調節愈傷組織的形態建成。生長素能夠促進果實的發育和扦插的枝條生根的原因是：生長素能夠改變植物體內的營養物質分配，在生長素分布較豐富的部分，得到的營養物質就多，形成分配中心。例如，生長素能夠誘導無籽番茄的形成就是因為用生長素處理沒有授粉的番茄花蕾后，番茄花蕾的子房就成了營養物質的分配中心，葉片進行光合作用制造的養料就源源不斷地運到子房中，子房就發育了。

植物莖的頂芽是產生生長素最活躍的部位，但頂芽處產生的生長素濃度通過主動運輸而不斷地運到莖中，所以頂芽本身的生長素濃度是不高的，而在幼莖中的濃度則較高，最適宜于莖的生長，對芽卻有抑制作用。越靠近頂芽的位置生長素濃度越高，對側芽的抑制作用就越強，這就是許多高大植物的樹形成寶塔形的原因。但也不是所有的植物都具有強烈的頂端優勢，有些灌木類植物頂芽發育了一段時間后就開始退化，甚至萎縮，失去原有的頂端優勢，所以灌木的樹形是不成寶塔形的。由于高濃度的生長素具有抑制植物生長的作用，所以生產上也可用高濃度的生長素的類似物作除草劑。