配合課本第106~107頁
以演化的觀點探討向日葵向日的原因及目的
我們知道,向日葵會向日是跟它的生長素有關,但就演化的觀點,究竟「向日」的特性對其本身有什麼好處?為何它會演化出這樣的特性?
書上均記載著「向日葵常朝著太陽」,其實那是不準確的。向日葵從發芽到開花這段時間,的確是向日,其葉子和花盤在白天追隨太陽從東轉向西,但不是即時的跟隨,植物學家測量過,其花盤的指向落後太陽大約12度,即48分鐘。太陽下山後,向日葵的花盤又慢慢往回擺,在大約淩晨3點時,又朝向東方等待太陽升起。而花盤一旦盛開後,就不再向日轉動,而是固定朝向東方。所以向日的特性取決於觀察的時期。
綠色植物向日是為了充分利用陽光進行光合作用,因此向日性實際上是向光性。最早研究植物向光性的還有達爾文。他在隨小獵犬號環球旅行時,隨身帶了幾隻鳥,為了餵養這些鳥,又在船艙中種了一種叫草蘆的草。船艙很暗,只有窗戶透射進陽光,達爾文注意到,這些草的幼苗會朝向窗戶的方向彎曲、生長。
但後來幾十年間,達爾文忙著創建天擇說,直到其晚年,才著手進行一系列實驗研究向光性的問題,在1880年出版的《植物的運動力》一書中總結了這些實驗結果。
達爾文是用草的種子進行這些實驗。草的種子發芽時,胚芽外面套著一層胚芽鞘,胚芽鞘首先破土而出,達爾文通過一系列實驗證明胚芽鞘的尖端含有導致向光性的信號物質,並保護胚芽在出土時不受損傷。達爾文發現胚芽鞘是向光性的關鍵,如果把種子種在黑暗中,它們的胚芽鞘將垂直向上生長;如果讓陽光從一側照射秧苗,胚芽鞘則向陽光的方向彎曲;如果把胚芽鞘尖端切掉,或用不透明的東西蓋住,雖然光還能照射胚芽鞘,胚芽鞘也不再向光彎曲;如果是用透明的東西遮蓋胚芽鞘,則胚芽鞘向光彎曲,而且,即使用不透光的黑色沙土掩埋胚芽鞘,只留下尖端,被掩埋的胚芽鞘仍然向光彎曲。
達爾文推測,在胚芽鞘的尖端會分泌一種信號物質,向下輸送到會彎曲的部分,就是這種信號物質導致了胚芽鞘向光彎曲,達爾文的發現隨後引起了生物學家們濃厚的興趣。
簡單的總結向日葵向日特性的原因,即是莖裡的生長素重新分布所影響,在花盤盛開後,為了保護花粉生長,向日葵便朝向東方,避免正午陽光直射,影響生長。
在極圈寒原、寒帶或高山地區,年均溫可能不到攝氏10度,因為環境冷、生長季節短,以「逐日之花」作為開花策略的植物相當普遍。這些具有像小耳朵、衛星收發器碟型構造的花型,對著太陽,有效地收集光能,可以將冷空氣加溫上升約攝氏7、8度,也就是在涼冷的環境中,提供了非常珍貴的小型日光浴場,吸引畏寒喜暖的昆蟲到此覓食、交配、取暖,藉此提高昆蟲在花中的活動力,也提升了植物的傳粉效率。
由於這些寒冷地區植物生長季較短,具有拋物面特性的碟狀花型還能收集光能,匯聚到焦點上,即花心上方的位置,這種加溫效應可使受精後的胚珠在較短的生長季中加速發育成種子,所以寒原、高山地區常見這種向日之花,是其來有自的。
以演化的觀點探討向日葵向日的原因及目的
我們知道,向日葵會向日是跟它的生長素有關,但就演化的觀點,究竟「向日」的特性對其本身有什麼好處?為何它會演化出這樣的特性?
書上均記載著「向日葵常朝著太陽」,其實那是不準確的。向日葵從發芽到開花這段時間,的確是向日,其葉子和花盤在白天追隨太陽從東轉向西,但不是即時的跟隨,植物學家測量過,其花盤的指向落後太陽大約12度,即48分鐘。太陽下山後,向日葵的花盤又慢慢往回擺,在大約淩晨3點時,又朝向東方等待太陽升起。而花盤一旦盛開後,就不再向日轉動,而是固定朝向東方。所以向日的特性取決於觀察的時期。
綠色植物向日是為了充分利用陽光進行光合作用,因此向日性實際上是向光性。最早研究植物向光性的還有達爾文。他在隨小獵犬號環球旅行時,隨身帶了幾隻鳥,為了餵養這些鳥,又在船艙中種了一種叫草蘆的草。船艙很暗,只有窗戶透射進陽光,達爾文注意到,這些草的幼苗會朝向窗戶的方向彎曲、生長。
但後來幾十年間,達爾文忙著創建天擇說,直到其晚年,才著手進行一系列實驗研究向光性的問題,在1880年出版的《植物的運動力》一書中總結了這些實驗結果。
達爾文是用草的種子進行這些實驗。草的種子發芽時,胚芽外面套著一層胚芽鞘,胚芽鞘首先破土而出,達爾文通過一系列實驗證明胚芽鞘的尖端含有導致向光性的信號物質,並保護胚芽在出土時不受損傷。達爾文發現胚芽鞘是向光性的關鍵,如果把種子種在黑暗中,它們的胚芽鞘將垂直向上生長;如果讓陽光從一側照射秧苗,胚芽鞘則向陽光的方向彎曲;如果把胚芽鞘尖端切掉,或用不透明的東西蓋住,雖然光還能照射胚芽鞘,胚芽鞘也不再向光彎曲;如果是用透明的東西遮蓋胚芽鞘,則胚芽鞘向光彎曲,而且,即使用不透光的黑色沙土掩埋胚芽鞘,只留下尖端,被掩埋的胚芽鞘仍然向光彎曲。
達爾文推測,在胚芽鞘的尖端會分泌一種信號物質,向下輸送到會彎曲的部分,就是這種信號物質導致了胚芽鞘向光彎曲,達爾文的發現隨後引起了生物學家們濃厚的興趣。
簡單的總結向日葵向日特性的原因,即是莖裡的生長素重新分布所影響,在花盤盛開後,為了保護花粉生長,向日葵便朝向東方,避免正午陽光直射,影響生長。
在極圈寒原、寒帶或高山地區,年均溫可能不到攝氏10度,因為環境冷、生長季節短,以「逐日之花」作為開花策略的植物相當普遍。這些具有像小耳朵、衛星收發器碟型構造的花型,對著太陽,有效地收集光能,可以將冷空氣加溫上升約攝氏7、8度,也就是在涼冷的環境中,提供了非常珍貴的小型日光浴場,吸引畏寒喜暖的昆蟲到此覓食、交配、取暖,藉此提高昆蟲在花中的活動力,也提升了植物的傳粉效率。
由於這些寒冷地區植物生長季較短,具有拋物面特性的碟狀花型還能收集光能,匯聚到焦點上,即花心上方的位置,這種加溫效應可使受精後的胚珠在較短的生長季中加速發育成種子,所以寒原、高山地區常見這種向日之花,是其來有自的。
配合課本第108頁
食人花
食人花又稱大王花,生長在美洲 亞馬遜河的原始森林和沼澤地帶,長得十分驕艷,花形似日輪,葉片有30~40公分長,直徑可達1.5公尺,花瓣厚約1.4公分,一朵花有5個花瓣。
食人花
食人花又稱大王花,生長在美洲 亞馬遜河的原始森林和沼澤地帶,長得十分驕艷,花形似日輪,葉片有30~40公分長,直徑可達1.5公尺,花瓣厚約1.4公分,一朵花有5個花瓣。
大王花靠蒼蠅來傳花粉,吸取別的植物的營養來生活,所以它沒有葉子,也沒有莖,它根本沒有四季之分,所以不一定會在什麼時候冒出來。不過根據當地人的說法,每年的5~10月,是它最主要的生長季。當它剛冒出地面時,大約只有乒乓球那麼大,經過幾個月的緩慢生長,花蕾由乒乓球般的體積,變成了甘藍菜般的大小,接著5片肉質的花瓣緩緩張開等花兒完全綻放已經過了兩天兩夜了。令人難以相信的是,大王花好不容易開出來的巨大花朵,居然只能維持4~5天,而且在這4~5天中,花朵會不斷地釋放出一種奇特的臭味,好讓大型的動物自然迴避,而讓一些逐臭的昆蟲來為它傳粉做媒。當花瓣凋謝時,會化成一堆腐敗的黑色物質,不久,果實也成熟了,裡頭隱藏著許許多多細小的種子,隨時準備掉入地上,找尋適當的發芽地點。
致於吃人植物的說法,艾得里安斯萊克和其他一些學者認為,最大的可能是根據食肉植物捕捉昆蟲的特性,經過想像和誇張而產生的;當然也可能是根據某些未經核實的傳說而誤傳的。根據現在的資料已經知道,地球上確確實實地存在著一類行為獨特的食肉植物(亦稱食蟲植物),它們分布在世界各國,共有500多種,其中最著名的有瓶子草、豬籠草和捕捉水下昆蟲的狸藻等。 |
配合課本第110頁
春化
發現:
中國農民早就有用低溫處理種子的經驗。如「悶麥法」,就是把萌發的冬小麥種子裝在罐中,放在冬季的低溫下40~50天,以便於春季播種時,獲得和秋播同樣的收成。1918年德國植物學家G‧加斯納發現黑麥有冬性和春性之分。春黑麥不需要經過低溫時期就可以抽穗,因此可以春播。而冬黑麥則需在發芽前後經過一段1~2℃的低溫時期才能抽穗,所以必須秋播。1928年俄國農學家T‧李森科發現:禾穀類作物的冬性品種如不經低溫,則長期處於分蘗階段而不拔節開花。如將黑麥、小麥和大麥的種子播種在積雪的田間經受一段時間的自然冷凍後,就能拔節開花。把剛剛發芽的冬性禾穀類種子在播種之前用0~5℃冷凍一定天數,則不論何時播種,均能正常拔節。他和他的同事把這種低溫處理方法應用於農業生產,並稱之為「春化」。1935年李森科提出了植物階段發育學說,認為春化階段是一年生禾穀類作物的個體發育的第一階段。
度要求:
對大多數需經低溫才能開花的植物,1~2 ℃是最有效的春化溫度,但只要低溫持續時間足夠長,-1~-9 ℃都有效。
其他條件:
除低溫外,春化作用還需要氧、水分和醣類(呼吸作用的底物)。乾種子不能接受春化,種子春化時的含水量一般需在40%以上。離體胚在有氧、水分和醣類的情況下,才能起春化響應。
春化與光週期:
很多二年生植物的成花,既要經過春化,又需要長日照。其中某些植物,春化與光週期兩種效應可以互相影響或代替。如甜菜開花要求春化和長日,在長日下春化有效溫度的上限可以提高;在連續光下,12~15 ℃也可開花。另一方面,春化時間延長,則在短日下也能成花。即春化與長日照二者可互相代替。成花不需低溫的長日植物菠菜,經低溫處理後,在短日下也能開花。
可逆性:
春化作用在未完全通過前可因高溫(25~40 ℃)處理而解除,稱為脫春化。脫春化後的種子還可以再春化。有的植物在春化前熱處理會降低其隨後感受低溫的能力,這種作用稱為抗春化,或預先脫春化。
嚴格程度:
許多二年生植物(例如:甜菜、蘿蔔、胡蘿蔔、天仙子等)必需經一定天數的低溫才能成花,否則一直處於營養狀態。而許多一年生植物成花對低溫的要求則不是絕對的。例如:黑麥濕種子經幾週低溫處理,於7週後開花;而不經低溫處理也能開花,只是開花時間延至14週以後。
響應時期:
因植物種類而異。冬小麥在胚胎期就對低溫起響應,天仙子則必須在植株長到一定大小之後才能起響應。
春化機制:
1939年G‧梅爾歇斯根據嫁接試驗提出,春化後植物體內可能產生一種傳遞春化狀態的物質,稱為春化素。但是春化素的提取和分離一直不成功。春化過程中,感受低溫的部位分生組織中的RNA和蛋白質含量增加,代謝也發生順序性變化。春化效應還可經細胞分裂傳遞給子細胞。赤黴素處理能使許多冬性一年生植物和二年生植物(例如:天仙子、胡蘿蔔、甘藍、蘿蔔等)不經低溫而抽薹成花。菊、延齡草等多種植物經春化後赤黴素含量增加。而且用赤黴素生物合成的抑製劑處理植株,會抑制春化作用。以上現象提示赤黴素在春化中起作用。但另一些植物的情況相反,因而難以做統一解釋。
農業意義:
春化要求是植物成花對低溫的響應,是影響植物物候期和地理分布的重要因素。引種時需注意所引植物種或品種的春化要求。對種子作春化處理,可以在春天播種冬小麥品種,在小麥越冬困難的北方寒冷地區有應用價值。對於開花對品質不利的洋蔥,在春季種植前高溫處理越冬儲藏的鱗莖,以降低其感受低溫的能力,可以防止在生長期中因通過春化而開花,從而得到較大的鱗莖。
春化
發現:
中國農民早就有用低溫處理種子的經驗。如「悶麥法」,就是把萌發的冬小麥種子裝在罐中,放在冬季的低溫下40~50天,以便於春季播種時,獲得和秋播同樣的收成。1918年德國植物學家G‧加斯納發現黑麥有冬性和春性之分。春黑麥不需要經過低溫時期就可以抽穗,因此可以春播。而冬黑麥則需在發芽前後經過一段1~2℃的低溫時期才能抽穗,所以必須秋播。1928年俄國農學家T‧李森科發現:禾穀類作物的冬性品種如不經低溫,則長期處於分蘗階段而不拔節開花。如將黑麥、小麥和大麥的種子播種在積雪的田間經受一段時間的自然冷凍後,就能拔節開花。把剛剛發芽的冬性禾穀類種子在播種之前用0~5℃冷凍一定天數,則不論何時播種,均能正常拔節。他和他的同事把這種低溫處理方法應用於農業生產,並稱之為「春化」。1935年李森科提出了植物階段發育學說,認為春化階段是一年生禾穀類作物的個體發育的第一階段。
度要求:
對大多數需經低溫才能開花的植物,1~2 ℃是最有效的春化溫度,但只要低溫持續時間足夠長,-1~-9 ℃都有效。
其他條件:
除低溫外,春化作用還需要氧、水分和醣類(呼吸作用的底物)。乾種子不能接受春化,種子春化時的含水量一般需在40%以上。離體胚在有氧、水分和醣類的情況下,才能起春化響應。
春化與光週期:
很多二年生植物的成花,既要經過春化,又需要長日照。其中某些植物,春化與光週期兩種效應可以互相影響或代替。如甜菜開花要求春化和長日,在長日下春化有效溫度的上限可以提高;在連續光下,12~15 ℃也可開花。另一方面,春化時間延長,則在短日下也能成花。即春化與長日照二者可互相代替。成花不需低溫的長日植物菠菜,經低溫處理後,在短日下也能開花。
可逆性:
春化作用在未完全通過前可因高溫(25~40 ℃)處理而解除,稱為脫春化。脫春化後的種子還可以再春化。有的植物在春化前熱處理會降低其隨後感受低溫的能力,這種作用稱為抗春化,或預先脫春化。
嚴格程度:
許多二年生植物(例如:甜菜、蘿蔔、胡蘿蔔、天仙子等)必需經一定天數的低溫才能成花,否則一直處於營養狀態。而許多一年生植物成花對低溫的要求則不是絕對的。例如:黑麥濕種子經幾週低溫處理,於7週後開花;而不經低溫處理也能開花,只是開花時間延至14週以後。
響應時期:
因植物種類而異。冬小麥在胚胎期就對低溫起響應,天仙子則必須在植株長到一定大小之後才能起響應。
春化機制:
1939年G‧梅爾歇斯根據嫁接試驗提出,春化後植物體內可能產生一種傳遞春化狀態的物質,稱為春化素。但是春化素的提取和分離一直不成功。春化過程中,感受低溫的部位分生組織中的RNA和蛋白質含量增加,代謝也發生順序性變化。春化效應還可經細胞分裂傳遞給子細胞。赤黴素處理能使許多冬性一年生植物和二年生植物(例如:天仙子、胡蘿蔔、甘藍、蘿蔔等)不經低溫而抽薹成花。菊、延齡草等多種植物經春化後赤黴素含量增加。而且用赤黴素生物合成的抑製劑處理植株,會抑制春化作用。以上現象提示赤黴素在春化中起作用。但另一些植物的情況相反,因而難以做統一解釋。
農業意義:
春化要求是植物成花對低溫的響應,是影響植物物候期和地理分布的重要因素。引種時需注意所引植物種或品種的春化要求。對種子作春化處理,可以在春天播種冬小麥品種,在小麥越冬困難的北方寒冷地區有應用價值。對於開花對品質不利的洋蔥,在春季種植前高溫處理越冬儲藏的鱗莖,以降低其感受低溫的能力,可以防止在生長期中因通過春化而開花,從而得到較大的鱗莖。