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第4章 生命之树(2)

1.1.3美丽的树叶

绿色,是生命的颜色,是大自然的颜色。人们喜欢绿色,人们向往绿色。植物的叶给大地披上了绿色的衣裳。叶不仅装点了这个世界,而且是植物进行光合作用和蒸腾作用的主要场所,在植物体中起着重要的作用。叶片是叶的主体部分,通常为一很薄的扁平体,这有利于扩大叶的表面积并增加叶的透光性,而且有利于二氧化碳进行光合作用。

(1)树叶的形态

叶形是指叶片的外形。不同的植物,叶形的变化很大,即使在同一种植物的不同植株上,或者同一植株的不同枝条上,叶形也不会完全相同,总是存在一定范围的变化。

1)针形:叶片细长,顶端尖细如针,横切面呈半圆形。

2)披针形:叶片长为宽的4~5倍,中部以下最宽,向上渐狭,如垂柳。若中部以上最宽,向下渐狭,则为倒披针形。

3)矩圆形:矩圆形亦称长圆形。叶片长为宽的3~4倍,两侧边缘接近平行。

4)椭圆形:叶片长为宽的3~4倍,最宽处在叶片中部,两侧边缘呈弧形,两端均等圆。

5)卵形:叶片长约为宽的2倍,最宽处在中部以下,向上渐狭。如中部以上最宽,向下渐狭,则为倒卵形。

6)圆形:叶片长宽几乎相等,形如圆盘。

7)条形:叶片长而狭,长为宽的5倍以上,两侧边缘接近平行。

8)匙形:叶片狭长,上部宽而圆,向下渐狭似汤匙。

9)扇形:叶片顶部甚宽而稍圆,向下渐狭,呈张开的折扇状。

10)镰形:叶片狭长而少弯曲,呈镰刀状。

11)肾形:叶片两端的一端外凸,另一端内凹,两侧圆钝,形同肾脏。

12)心形:叶片形状卵形,但基部宽而圆,且凹入。如顶部宽圆而凹入,则为倒心形。

13)提琴形:叶片似卵形或椭圆形,两侧明显内凹。

14)菱形:叶片近于等边斜方形。

15)三角形:叶片基部宽阔平截,两侧向顶端汇集,三边近相等。

16)鳞形:专指叶片细小呈鳞片状的叶形。

(2)树叶的结构

叶片通常扁平。叶片上有明显的脉络叫叶脉,在中央的叫中脉,从中央向边缘分出许多侧脉。大小叶脉在叶片上分布的方式叫脉序,通常有网状脉序和平行脉序。叶片的形状多种多样,如樱桃的叶呈椭圆形,马齿苋的叶呈匙形,松叶呈针形,柏叶像鱼鳞,棕叶如扇,柳树叶像人的眉毛。我国古时为了说明女子的眉毛长得好看,常用“柳叶眉”来形容。

叶柄是叶片与枝相接的部分,它的主要功能是输导和支持作用,叶柄能扭转生长,从而改变叶片的位置和方向,使各叶片不致互相重叠,可以充分接受阳光。

托叶是叶柄基部的附属物,通常成对而生。棉花的托叶为三角形,对幼叶有保护作用。豌豆的托叶大而呈绿色,可起叶的作用。

叶片由表皮、叶肉和叶脉三个基本部分构成。表皮包在叶的外面,通常为一层,在上面的叫上表皮,在下面的叫下表皮,表皮是保护组织,对叶有保护作用。叶的表皮上有许多小孔,是气体出入植物的门户,叫气孔。叶肉是薄壁组织组成的,通常分化为栅栏组织和海绵组织。叶肉是进行光合作用的主要场所。叶脉是叶中输送水分和养料的结构。

(3)树叶的功能

绿色植物的叶子能利用自己所含的叶绿素,吸收水分和二氧化碳,通过阳光进行光合作用,制造出糖类(主要为淀粉),这为人类和动物提供了食物来源。奇怪的是,人类虽然搞清了植物制造糖类的这一过程的原理,却无法人工制造出淀粉,生产出粮食来,这其中的奥妙至今尚未能揭开。由于绿色植物有制造糖类的“特殊功能”,因而被誉为“第一生产者”。

1)光合作用:光合作用是绿色植物在可见光的照射下,将二氧化碳和水转化为有机物,并将光能转变为化学能储藏起来,同时释放出氧气的过程。通过光合作用所产生的葡萄糖,是植物生长发育所必需的能源物质,也是植物进一步合成蛋白质、脂肪、纤维素及其他有机物的原料。对人和其他动物来说,光合作用的产物是直接或间接的食物来源,该过程释放的氧气又是生物生存的必要条件之一。农业生产中无论是粮食作物还是其他经济植物,单位面积的产量都直接与叶的光合作用有关。因此叶的发育和总叶面积的大小,对植物的生长发育、作物的稳产高产都有极其重要的影响。叶片在不同的发育时期,其光合速率也不相同。新长出的幼嫩叶片,光合速率都比较低,所形成的光合产物难以满足本身的需求,必须从成长叶片中获取同化物;随着叶片的长大,其固定二氧化碳的能力不断增加,当叶片定型时,光合速率达到最大值;继续发育,当叶片进入衰老时期,其光合速率又逐渐降低。同一植株上的叶,其形态、结构自下而上常呈一定的梯度变化,光合速率也不相同。

2)蒸腾作用:蒸腾作用是植物体内的水分以气体状态散失到大气中去的过程。蒸腾作用与蒸发本质上是相同的,但是蒸腾作用的过程除受外界条件的影响外,还与植物的形态结构、生理过程的控制有关。叶是蒸腾作用的重要器官。植物根部吸收的水分,绝大部分通过叶的表面积散失到体外。蒸腾作用在植物生活中具有积极的意义,它是根系吸收水分和植物运转水分的重要动力,水分的运转又能促进植物体内矿质元素的运输;蒸腾作用还可以降低叶的表面温度,使植物叶片在强烈的阳光下不致于因温度过高而损伤。

3)其他作用:植物的叶还有吸收能力,例如喷施有机磷杀虫剂等农药,可通过叶表面吸收到植物体内;又如向叶面上喷洒一定浓度的肥料,叶片表面也能吸收。

有少数树木的叶还具有繁殖能力,在叶缘上产生不定芽,芽落地后便可长成一株新植株。

植物的叶有多种经济价值,很多树木如香椿、花椒等的叶子可食用;薄荷、桑叶可药用。另外,芳香油植物的臭檀、毛黄栌等,也都是取材于植物体的叶器官。

(4)叶片的生活期

植物的叶有一定的生活期,一般来说,叶生活期限不过几个月,也有能生活两年甚至几年的。叶生活到一定时期便会自然脱落,这种现象叫作落叶。木本植物根据落叶的情况分为两种:一种是叶子只生活一个生长季节,每当冬天来临,就全部脱落,叫作落叶植物,如杨柳等;而另一种是叶子可生活两年甚至多年,在植株上次第脱落,就全树而言,终年常绿,叫作常绿植物,如松柏等。植物落叶的原因是叶柄基部形成离层,叶柄自离层处脱离,后来伤口则形成栓化细胞,并在枝上留下痕迹,叫叶痕。落叶一方面是由于叶子机能的衰老,另一方面是对不利环境的一种适应,可以大大减少蒸腾面积,避免植物因缺水而死亡。所以有时落叶对植物并不是一种损失,而是一种很好的适应现象。

1.1.4希望之花

许多树木都会开出鲜艳、芳香的花朵。这些花朵是植物种子的有性繁殖器官,可以为植物繁殖后代。花用它们的色彩和气味吸引昆虫来传播花粉。繁殖过程始于传粉,然后是受精,最后形成种子并加以传播。对于高等植物而言,种子便是其下一代,而且是各物种在自然分布的主要手段。同一植物上着生的花的组合称为花序。

(1)花的形态结构与组成

花是植物的繁殖器官,有各种形状和颜色,一般长得很美丽,有的有香味,凋谢后结成果实。德国诗人、剧作家与博物学家歌德首先提出花是适合于繁殖作用的变态枝。这一观点得到了化石记录以及很多系统发育与个体发育证据的支持,并且能较好地解释多数被子植物花的结构,因而沿用至今。

花的形状千姿百态,大约25万种被子植物中,有25万种的花式样。但是所有的花仍有共同的结构图式,它们的组成通常为:

1)花柄:是连接茎的小枝,也是茎和花相连的通道,并支持着花。有长、短,或无。

2)花托:是花梗顶端略膨大的部分,着生花萼、花冠等部分,有多种形状。

3)花萼:花最外轮的变态叶,由若干萼片组成;常绿色,有离萼、合萼、副萼。有保护幼花的作用。

4)花冠:花第二轮的变态叶,由若干花瓣组成;常有各种颜色和芳香味。有离瓣花、合瓣花。可吸引昆虫传粉,并保护雄蕊、雌蕊。

5)雄蕊群:一朵花内所有雄蕊的总称。

6)雌蕊群:一朵花内所有雌蕊的总称。多数植物的花,只有一个雌蕊。

(2)花的功能

“花”在生活中亦常被称为“花朵”或“花卉”。广义的花卉可指一切具有观赏价值的植物(或人工栽插的盆景),而狭义上则单指所有的开花植物。除了作为被子植物的繁殖器官,花卉还一直广受人们的喜爱。花卉可以用于美化环境,而且某些还可以作为一种食物来源。

1.1.5胜利的果实

果实是被子植物特有的生殖器官,通常在开花授粉之后,以受精的子房为主体而形成,其中多包含有种子。但某些植物也可以通过单性结实而形成果实,这种果实在外形上与正常果实相似,但其中的种子没有生殖能力,通常发生不同程度的退化,甚至完全消失。

(1)果实的结构

果实通常可分为种子和果皮两部分。果皮又可分为外果皮、中果皮和内果皮(但在多数情况下难于区分),其中外果皮的表面有时有各种形态的附属物,如腺毛、钩、翅等。对于可食用的果实来说,我们一般说的果肉,实际上是果皮的一部分,比如桃的肉质部分即为中果皮。

(2)果实的价值

果实与人类的生活关系极为密切。人们常吃的果品,包括苹果、桃、柑橘和葡萄等,都富含葡萄糖、果糖与蔗糖,以及各种无机盐、维生素等营养物质。这些果品不仅可以鲜食,美味可口,而且还能加工制成果干、果酱、蜜饯、果酒、果汁和果醋等各类食品。

此外,在中国民间习用的一些中药材中,枣、茴香、木瓜、柑橘、山楂、杏和龙眼等果实或果实的一部分常用来入药。

1.2树木与环境

环境是指树木生存地点周围空间的一切因素总和。环境因子中对树木起作用的因子称为生态因子,其中包括气候因子(光、温度、水分、空气、雷电、风、雨和霜雪等)、土壤因子(成土母质、土壤结构、土壤理化性质等)、生物因子(动物、植物、微生物等)、地形因子(地形类型、坡度、坡向和海拔等)。这些因子综合构成了生态环境,其中光照、温度、空气、水分、土壤等是植物生存不可缺少的必要条件,它们直接影响着植物的生长发育。

1.2.1树木与光

光是树木最重要的生存因子,树木通过光合作用将光能转化为化学能,为地球上的生物提供了生命活动的能源。影响光合作用的主要因子是光质(光谱成分)、光照强度和光照时间长度。

(1)树木对光的要求

一般而言,树木在白光下才能正常生长发育,但是白光中的不同波长段,即红光(760~626纳米)、橙光(626~595纳米)、黄光(595~575纳米)、绿光(575~490纳米)、青蓝光(490~435纳米)、紫光(435~370纳米),对树木的作用是不完全相同的。蓝光和紫光对树木的伸长生长有抑制作用,但对幼芽的形成和细胞的分化均有重要作用,它们还能促进花青素的形成,使花朵色彩鲜艳。紫外线也具有同样的功能,所以在高山上生长的树木,节间均短缩而花色鲜艳。对树木的光合作用而言,以红光的作用最大,红光有助于叶绿素的形成,促进二氧化碳的分解与糖类的合成;其次是蓝光和紫光,蓝光则有助于有机酸和蛋白质的合成,而绿光及黄光则大多被叶子所反射或透过,而很少被利用。

(2)光照时间与植物的生长发育

日照时间的长短除对植物的开花有影响外,对植物的营养生长和休眠也起重要的作用。一般而言,延长光照时数会促进植物的生长或缩短生长期,缩短光照时数则会促进植物进入休眠或延长生长期。苏联科学家曾对欧洲落叶松进行不间断的光照处理,结果显示受光照处理的植株的生长速度加快了近15倍。我国对杜仲苗施行不间断的光照处理,使其生长速度提高了1倍。对从南方引种的植物,为了使其及时准备过冬,则可用短日照的办法使其提早休眠以增强抗逆性。

1.2.2树木与温度

温度和光照一样,是树木生存和进行各种生理生化活动的必要条件。树木的整个生长发育过程以及树种的地理分布等,都在很大程度上受温度的影响:只有在一定的温度条件下,树木才能进行正常生长,过高、过低的温度对树木都是有害的。树木的生活是在一定的温度范围内进行的,不同温度对树木的作用是不同的。我们通常所讲的温度三基点,是指树木的某一个生理过程所需要的最低温度、最适温度和不能超过的最高温度。

(1)温度直接影响树木的自然分布

气温越低,树木生长越矮,低于一定温度的环境只能生长草类。一般说来,一年中最热月的平均气温如果低于10℃,当地就不能生长乔木。中国位于中低纬度,即使最北的黑龙江省漠河县,最热月平均气温亦达18.4℃,依然林海莽莽。中国因夏季气温过低而影响树木生长的情况只发生在海拔较高的高山地区,如东北海拔2000米以上的山区,华北海拔3000米以上的山区,青藏高原海拔3500~4500米的山区等。在上述环境中,最热月平均气温略高于10℃,乔木已明显变矮,在武夷山主峰附近和云南横断山脉云岭上部,可以看到这种由于主干上分枝间距缩短而形成的小巧玲珑、十分美观的树形。

夏季的最低气温决定了树木是否可以生存,冬季的最低气温则决定生存树木的种类。从东北到华南,从高山到海拔较低的地区,由于冬季最低气温的逐渐升高,树木种类也从耐寒的寒温带针叶林演变到温带的阔叶落叶林、不耐严寒的亚热带阔叶常绿树种,以至郁郁葱葱不见天日的赤道雨林。

经济林木的分布对温度的要求更加严格。温带的苹果树一般最低耐受温度为-30℃左右的最低气温,因此东北苹果一般只分布在渤海和黄海沿岸。亚热带的柑橘不能耐受-9~-7℃低温,如果最低气温低于-9℃,柑橘会遭到毁灭性的冻害。因此长江以北种柑橘无经济价值。热带作物橡胶,气温5℃时就会受到冻害,这就是中国热带纬度上仍不一定能种热带作物的原因所在。

中国各大城市的行道树木也可以体现许多树木与气候的关系。北方属温带气候,多采用阔叶落叶树作行道树种,甚至亚热带的长江中下游地区也是如此。因为这些地区夏天的太阳高度和气温都比较高,此时行道树正好具有遮阳作用。待到冬季寒潮滚滚南下,气温剧降,这时树木已掉光了叶子,慷慨地让那温暖的阳光洒满人行道。

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