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第20章 植物探秘(6)

许多植物不接受它们自己的花粉以及来自亲缘植物的花粉。直到20世纪80年代,在雌蕊或植物的雌株中有一类酶(S—RNase),它能够破坏“无法共存”的花粉。如果互不排斥的花粉进入花蕊中,那么这种酶在产生任何破坏之前,就以某种方式被清除掉了。那么,不排斥的花粉如何逃避酶的破坏呢?就在于花粉所具有的控制毒素的能力中。无论在排斥还是不排斥的繁殖中,花粉都能够将酶限制在一段空间内,使酶无法产生任何作用。但在36小时后,包含有排斥花粉的这一区域逐渐分解,释放出S—RNase。在彼此排斥的花粉授粉期间,一种名为HT—B的蛋白质会出现很高水平的表达,从而帮助分解这一区域的屏蔽。

植物具有完美的免疫系统

自然界中的植物具有特殊的免疫传感器,可以针对不同细菌、病毒和霉菌的入侵,启动自身相应的免疫系统。植物的这种免疫系统进化得非常完善,可以识别许多诸如细菌、病毒和霉菌等微生物的入侵。免疫系统由两级免疫传感器组成,第一级是植物细胞表面的所谓“样本识别免疫传感器”,可以针对不同微生物入侵者,促使植物细胞分泌出具有抵抗功能的调节蛋白质;第二级是植物细胞内本身就存在的特殊抗体蛋白质,可以与植物细胞的分泌物一起,抵御微生物的入侵。专家用粉霉菌在实验室里对多种植物进行了观测试验,发现植物细胞中的PAMP传感器对霉菌的入侵做出了迅速反应,在植物细胞核里的特定蛋白质变得活跃,产生了相应的“抗体”,而且植物细胞在分泌抵抗物质过程中自己不会受损。同样在植物细胞核内,被称为“MLA”的抗体蛋白质,抗体蛋白质与PAMP传感器激发的调节蛋白质一起,构成了完整的植物免疫系统。

人参花蕾的药用价值

人参最有价值的部分并不是人参根,而是人参花蕾,后者的药用价值远远超过人参根。人参花蕾的总皂甙含量超过人参根5倍以上,偏偏少含导致人上火的人参皂甙Ro,人参花蕾竟然含有几种人参根所没有的独特成分,它们正是科学家寻找了30多年的能促进人体细胞C—C平衡,从而对人体健康有重大调节作用的物质。

神秘的“生物钟”

瑞士有位叫林奈的博物学家,把一盆盆的花按开放顺序的早晚摆放,形成了一个有自然情趣的“花钟”。他只要看一下什么花在开放,就知道是几点钟了。在日内瓦的莱蒙湖畔,也有一座巨大的花钟,钟上面有时针和分针;而在美国的瀑布城,有一座更大的花钟,钟面上的花有两万多株。光时针和分针就有两百多公斤。花不知道时间,为什么会按照一定的时间开放呢?原来它们体内有种神秘的“生物钟”,提醒花在什么时候开放,什么时候休息。这种规律一点也不会改变。比如:蛇麻花大约在凌晨3点开花;牵牛花大约在4点开花;蔷薇、月季大约在5点开花;蒲公英大约在6点开花;仙人掌的开花时间大约在10点;午时花每到中午准时开花。傍晚到来的时候,紫茉莉在17点开放。到了晚上,待霄草在20点的时候开放。掌握了一些花开放的规律,不用表你也能知道几点了。

玉米须的药用价值

玉米须,又称玉麦须、棒子毛、玉蜀黍蕊,为植物玉蜀黍的花柱。人们收获玉米时,其须毛总是被当作废物丢弃。其实,它是一种治疗水肿的价廉效佳的良药,玉米须的有效成分具有利尿、降压、利胆、止血、降糖等功效。可用于水肿、高血压、慢性胆囊炎及糖尿病患者的辅助治疗,特别对各种病因引起的水肿效果较佳。

最佳纤维植物

在各种植物纤维中,苎麻纤维品质最好。它的纤维细胞最长,达620毫米,而且坚韧,富有光泽,染色鲜艳,不容易褪色。纯纺或混纺成各种粗细布料,既美观又耐用。苎麻纤维的抗张力强度要比棉花高8~9倍,可以做飞机翼布、降落伞的原料以及制造帆布、航空用的绳索、手榴弹拉线、麻线等各种绳索。苎麻纤维在浸湿的时候,强度增大,吸收和发散水分快,而且具有耐腐、不易发霉的特性,是制造防雨布、渔网等的好材料。苎麻纤维散热也快,不容易传电,因此,可以做轮胎的内衬,电线的包皮,机器的传动带等。

天然解毒机

如果空气中的二氧化硫达到十万分之一时,人就不能长时间工作;当它的浓度达到万分之四时,人就会中毒死亡。而有些植物却有自行解毒的本领,将有毒物质在体内分解,转化为无毒物质。木槿就是这方面的行家里手,被称为“天然解毒机”。生态学家曾采集了九种抗污能力较强的植物叶片进行分析,发现木槿叶片中的含氯量及粘附在叶片上的氯量最多。它对二氧化硫有很强的抗性,二氧化硫对木槿的叶内细胞危害极小;木槿叶片的滞尘量在18种植物中名列第三,因此人们常常把木槿当作环境保护的帮手。

基因工程创造夜光植物

有时人们在漆黑的夜晚,会看到一些树木裸露的根或茎干发出闪烁的荧光,但那只不过是某些腐生在树木上的发光真菌在“作怪”。虽然自然界中的花草树木不能发光,但人类很早就产生过让农作物和观赏植物像萤火虫那样在夜晚发出闪烁荧光的设想,这种想法后来在基因工程实验室中变成了现实:植物基因工程师成功地将萤火虫体内编码荧光素、荧光酶等发光物质的基因,转移到烟草的细胞内,一种夜晚发光的转基因烟草被创造了出来。它将给人类的生活增添几分情趣。

海洋生态雨林

珊瑚礁一直有着“海洋生态雨林”的美誉,美丽的珊瑚礁也是反映海洋状况的晴雨表。但由于受到全球变暖和过度捕鱼等因素的困扰,印尼的珊瑚礁数量正在急剧减少。长有珊瑚礁的水域的水温正在逐年升高,是导致珊瑚礁的数量迅速减少的直接原因。全球变暖对珊瑚礁造成的影响最大,它导致了一种被称为“珊瑚漂白”的恶性状况发生。

无花粉杉树对抗过敏症

每年春季,日本部分地区的杉树花粉使一些花粉过敏症患者很是苦恼,为此,日本科研人员研发出了一种没有花粉的杉树,已培育了15株无花粉杉树的树苗,最大的一株高约30厘米。目前这些树苗还种在花盆里,尚需3年左右才能栽种到土地里,这种无花粉杉树以性状特征出众的优良杉树品种为基础培育而成。

植物修复技术

中国土壤修复专家正在试验砷、铜、锌等重金属污染土壤的植物修复技术,通过在矿区及其周边重金属污染土地种植超富集植物,吸收土壤中对人体有害的重金属物质。目前,已在广西环江、湖南郴州、云南个旧、浙江富阳、广东乐昌等地建立起重金属污染土壤修复工程,科学家在全国20多个省市200多座矿山开展了污染土地及其植被调查,在矿区发现了多种超富集植物,并筛选出19种对铜、铅、锌、镉、镍、钴、锰等重金属具有潜在超富集功能的植物。他们还利用发现的超富集植物及其优良生态型,研制出3种强化植物修复的化学和微生物添加剂,优化了植物修复的成套技术。土壤的植物修复技术因其安全、廉价而成为世界上该领域研究和开发的热点。植物修复就是筛选和培育超富集植物,利用植物把土壤中的有毒重金属元素吸收起来,再将植物收获,回收植物中的重金属物质。植物修复既能大量减少土壤中的重金属污染,又为回收利用重金属资源提供了可能。

植物的花期

植物花期可以控制,很多植物都是通过感知日照长短的变化来确定花期的。有一种在植物开花现象中起重要作用的新型蛋白质称为FD蛋白质,植物叶子中存在一种称为FT的蛋白质,当日照变长时,FT蛋白质会“催促”植物开花。FD蛋白质存在于植物幼芽中,能与从植物叶子中传输过来的FT蛋白质相结合,起到控制花芽生长发育的“开关”作用。此外,FD蛋白质对于FT蛋白质起作用是必需的,如果没有FD蛋白质,即使FT蛋白质增加,花儿也不会开。如果能够搞清楚FT蛋白质是如何从叶子传输到幼芽中的,那么就能最终弄明白花芽生长、开花的机理。

给植物“针灸”

针刺穴位是我国古老的中医术,据古农书记载,海棠不开花时,在树基干处插竹签或在根茎部纳入花枝,可促其开花。近年来,国内外在花卉生产实践中,采用针刺方法,取得了良好的效果。因为针刺损伤了部分筛管,阻止养分下传,使枝叶内积累了较多的养料,可促进生殖生长和植株正常开花。在花卉生产中,人们积累了许多针刺的经验。针刺时所用的工具,对较细的植株,采用大头针、曲别针或缝衣针及牙签等均可;对于较粗的针阔叶树和果树,可采用一般的钉子和锥子,只是应注意手法的精炼。受针刺的植物除了事先宜稍加清洁之外,不需要其他处理。植物的针刺技术是大有前途的新兴技术,其中的奥秘还有很多,正等待着我们去探索和揭示。

年轮的妙用

树木的年轮记录着树木的年龄,数一数树基断面的年轮,便可推断该树木有多少“岁”。年轮的另一个用途是用来计算树木某一时期的生长量。环境科学家们利用年轮,可以巧妙地推断过去某个历史时期当地的环境污染状况。国外有人研究生长在某兵工厂散放过二氧化硫和氮氧化物附近的美洲五针松和鹅掌楸的年轮,发现这两种树木的年轮宽窄与该兵工厂的年生产量和污染物的年排放量有关。在1941~1945年的第二次世界大战和1950~1953年的朝鲜战争期间,树木的年生长量都有明显的减少,而这都是一时期正是军火生产激增、污染排放量增加的时期。通过从1941~1971年这30年期间树木的年轮的宽窄,来分析该厂的年生产量和污染物的年排放量,其结果与实际情况基本一致。我国学者在利用年轮推断过去年代环境污染方面也做过不少工作。对某地二球悬铃木的年轮进行污染物含量分析,1958年生长的木材含铁量明显比其它年份偏高,而当地那一年正忙于大炼钢铁。近些年,年轮的应用又有了新拓展,有人用它推断古代气候研究也取得了较好的效果。

植物自我防御的武器

植物叶片受伤后会流出绿色的汁液,同时叶片的清香变得更加浓郁。植物产生的这种“绿色清香”可引诱害虫的天敌前来清除害虫,并提高植物自身对疾病的抵抗力。植物普遍拥有产生清香的酶,植物的“绿色清香”是它们自我防御的武器。将青椒合成香味酶的基因导入十字花科的拟南芥中,拟南芥经转基因操作后,一旦被菜粉蝶的幼虫啃食叶片,它散发的清香便会增强。随后,菜粉蝶的天敌粉蝶盘绒茧蜂大量拥来。这种寄生蜂把卵产到菜粉蝶幼虫身上,在菜粉蝶幼虫形成蛹前就可以把幼虫吃个精光。转基因拟南芥受链霉菌感染后,叶片散发的清香增强,可以帮助缩小坏死的范围。把这个成果如果应用到蔬菜栽培方面,有可能减少农药的使用量。

探雷植物

在战争留下的后遗症中,地雷是令人恐惧的。在世界上75个国家的土地里,估计埋藏着一亿枚未曾爆炸的地雷。清除地雷,腾出可以耕种的土地十分困难而危险,每年都吞噬着许多排雷人员和平民的性命。最近,丹麦开发出一种可以探知地下埋藏地雷的植物。当它生长到3~5周,它的根在地下接触到爆炸物质周围通常会出现的二氧化氮时,植物就会由绿色变为红色。这种植物实际上是一种水芹,通过基因工程,使之更符合变色要求。这一革命性的成果,会有新的应用领域,比如发现污染土壤的重金属及其移动情况等。

红杉能长多高

树木可以长多高?巨大的植物在什么时候会无法将水分从根部输送到最高处的树冠上去。北亚利桑那大学乔治·柯克博士及其同事,爬上5棵地球上最高的树木——红杉的尖梢,其中最高的一棵红杉高达112.7米,它每天需要几千升水,这些水分主要从雨水或从根部土壤中获取,少量水分从雾中获取。科学家测量了红杉树内部的水量、树叶结构及其密度、光合作用能力和二氧化碳浓度后发现,尖梢树叶处于类似沙漠的条件,它们竭尽全力吸取水分,但是在单位质量的光合作用强度上明显落后于下部的树叶。虽然这几棵红杉还在生长,大约每年长高25厘米,但科学家预测,它们的生长很快会变缓,在长到122~130米高之后就会完全停止生长。这一高度与有历史记载的澳大利亚和不列颠哥伦比亚的最高树木高度——125米相一致。

花卉与人类共同进化

人类是花卉进行繁衍战略的一部分。花能够引起人们强烈的情感反应,人类5000年来一直在广泛种植花卉。因此,与其他植物相比,花卉拥有非常大的进化优势。鲜花不仅对人们的即时情绪性行为有强烈的作用,而且会影响人们的社会情绪行为。不仅能够拉近人与人之间的距离,使人露出笑容、开口交谈,而且还能促进认知功能、提高记忆力等。对人类没有食用或其他基本生存价值的花卉,正是利用对人的情感作用实现了与人类的共同进化。

花儿为什么万紫千红

春天,雪白的梨花、粉红的桃花、金黄的油菜花、火红的山茶花……竞相怒放。各种花令人眼花缭乱,目不暇接。为什么花儿会这么艳丽多彩呢?秘密就在花瓣的细胞里存在着各种不同的色素。如果花的颜色是红的、紫的或蓝的,那这些花里含有一种“花青素”。由于这种色素对温度、酸碱度很敏感,只要周围环境稍一变化,它就会发生变化。“花青素”遇到碱性物质就呈现蓝色,遇到酸性物质就会变成红色。我们可以采一朵红色的牵牛花做一个小实验。先把红花泡在肥皂水里,它很快变成蓝色,因为肥皂水是呈碱性的。然而,当你再把这朵蓝花浸到醋里时,这朵蓝花又变成了红色,因为醋是呈酸性的。如果花的颜色是黄的、浅黄的、橙黄的或橙红的,那就是花里含有“类胡萝卜素”的缘故。它的种类很多,有六十多种颜色。“类胡萝卜素”和其它色素配合还可以形成更多的颜色!白花什么色素也没有。它的花瓣里充满了小气泡,如果将气泡全部挤掉,那么白花就变成无色透明的了。

花香来自哪里

花儿为什么会有香味呢?这是因为花内含有芳香性化合物的缘故。当花瓣张开,花蕊中的香精油便挥发出来。有些香花虽然不含芳香性化合物,但含有配糖体。配糖体分解时,能产生一些芳香性物质,因此,也能使人闻到香味。在阳光灿灿、空气干燥时,芳香性化合物更容易挥发。这就是“花不晒不香”的道理。

咬人树的利用价值

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