纏繞植物莖的纏繞方向性及其原因探究

王和友

人教版八年級物理課本上的右手螺旋定則一節中提到：牽牛花纏繞的莖纏繞方向與右手螺旋定則是一致的，要滿足右手螺旋定則，四指彎向它的纏繞方向，則大拇指的指向就是它的生長方向（如下圖）。那么，植物莖的纏繞方向有何特性，其原因又是什么呢？

為了尋找答案，我對下列幾個問題進行了探究。

自然界中纏繞植物的莖和攀緣植物的卷須，它們的纏繞方向和生長方向有什么關系？

我們在日常生活中常常見到一些參天大樹，這些樹之所以高大，就是因為這些植物的一種器官——莖很發達的緣故，一般喬木類植物都是這種莖。我們把這種背地面而生的莖叫作直立莖。然而，植物并不都是直立、高大的，有些植物的莖細長而柔軟，不能直立只能纏繞在其他物體上向上生長，這種莖叫作纏繞莖，如牽牛花、金銀花的莖。另外，還有一些植物如黃瓜、葡萄等，它們的莖雖然也是細長柔軟的，但它們既不能直立生長，也不能纏繞到別的物體上，可是它們卻可以借助莖上生長的卷須盤卷在別的物體上，從而向高處生長，這種莖叫作攀緣莖。上面我們所談的莖都起著連接根和葉的橋梁作用，在根和葉之間不停地傳送著營養物質。

大家都知道，植物的葉子有“向光性運動”，植物的莖總是向上生長有“負向地性運動”，以便得到陽光而進行光合作用；根總是向下生長有“向地性運動”，以便得到水和肥料。植物的向光、向地和負向地性等運動，統稱為“向性運動”。植物之所以會產生向性運動，主要是生長素作用的結果。攀緣植物的卷須和纏繞莖，在接觸支撐物的一面生長素含量少，生長較慢；而另一面含生長素多，生長較快，因此它們就螺旋式地纏繞在支撐物上。

由此我觀察到：若把牽牛花的莖以向右旋的方式纏繞在支架上，則很快就會自行脫落；若繞的方向與其習性相同，則會纏得更緊，順利向上攀緣，生長發育良好。

通過上述分析，我展開了思考：不同植物的旋轉方向會不會不同呢？

歷史上，達爾文、華萊士等大博物學家、生物學家都觀察研究過攀緣植物的習性。達爾文專門寫過《攀緣植物的運動和習性》一書，書中描述了42種攀緣植物，其中11種是左旋的，如牽牛花、扁豆、馬兜鈴、山藥等植物的莖向左旋轉纏繞而上，其纏繞方向為逆時針方向，即它們的纏繞方向和生長方向有右手性的規律；有些植物如金銀花、菟絲花、雞血藤等始終向右旋轉，其纏繞方向為順時針方向，即它們的纏繞方向和生長方向有左手性的規律；而何首烏卻是“隨心所欲”地旋轉生長，有時左旋，有時右旋，也就是說它的纏繞方向和生長方向是不固定的。

在查閱資料的過程中，我漸漸意識到，植物的不同旋轉方向和地理位置有關，于是接著探究了第三個問題。

纏繞植物的莖的纏繞方向和生長方向在南北半球有什么不同？通過觀察和查閱相關資料，我們很容易得知，大部分情況下，在北半球，形成的螺旋沿著逆時針方向旋轉，在南半球，形成的螺旋沿著順時針方向旋轉。

科學家最新研究表明，植物旋轉纏繞的方向特性，是它們各自的祖先遺傳下來的本能。億萬年以前，有兩種攀緣植物的始祖，一種生長在南半球，一種生長在北半球。為了獲得更多的陽光和空間，以便生長發育得更好，它們莖的頂端就隨時朝向東升西落的太陽。這樣，生長在南半球的植物的莖向右旋轉，生長在北半球的植物的莖則向左旋轉。經過漫長的適應、進化過程，它們便逐步形成了旋轉纏繞的固定方向。之后，它們雖被移植到不同的地理位置，但其旋轉纏繞的方向卻被遺傳下來而且固定不變，植物這種固有的盤旋方向是由它們的基因決定的。那么，又是什么因素影響了它們的基因呢？

植物的發源地是北半球還是南半球決定它們生長過程中盤旋的方向。經過千百萬年的繁衍，這種特性在遺傳基因中被固定了下來，甚至后來把它移植到另一個地方也很難改變。

還有就是植物的“喜光性”。植物都有追逐陽光的習性，比如一棵大樹，向著陽光的一面肯定長得茂盛。太陽在轉動，藤蔓植物也就隨著太陽轉動，越長越長，就繞成一個螺旋形了，一般南北半球的植物繞向是正好相反的。而起源于赤道附近的攀緣植物，由于太陽當空，它們就不需要隨太陽轉動，因而其纏繞方向沒有固定，可隨意旋轉纏繞。

隨后我進行了科學觀察：站在葡萄架下，乍一看，我以為葡萄的枝條和卷須互相糾纏著，雜亂無章。但是仔細一看，發現枝莖上的一條條卷須都是螺旋形的，它們巧妙地將葉子長在朝著陽光的位置上，讓其充分進行光合作用。螺旋形的卷須啊，扶葉遞光，有條不紊。還有就是向日葵，這是最典型的喜光性植物，它的花總是向著太陽盛開。

（編輯 零零柒）