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第2章 孢子植物类

最早出现的绿色植物

郁郁葱葱的树林,浓荫蔽日;绿茸茸的草地,清香扑鼻。但是,你可知道今日大地绿装的来历?它是几十亿年前的最早绿色植物——藻类,从低等到高等,从简单到复杂,从海洋到陆地发展进化而来的。

已知最早的藻类化石是在非洲南部距今32亿年前的太古代地层中发现的。它们的形态结构十分简单,甚至没有真正的细胞核,核的组成物质集中于细胞的中央,无核膜和核仁,与现代的低等植物蓝球藻颇为相似,故命名为古球藻,但藻体内却和高等植物一样,含有叶绿素。

经过漫长的岁月变迁,到距今约25亿~17亿年前,在加拿大安大略州的早元古代含铁层中,不仅发现了具球状体的蓝藻化石,而且还有由许多形态相同或异形的细胞联接而成的丝状体结构。当地质历史的年代进入到距今14亿~12亿年时,具真核的藻类出现了。1978年6月在我国河北省蓟县震旦世地层中发现的绿藻化石,就是微细结构保持相当完好的真核藻体。大约在元古代晚期,褐藻在藻类生物中也已占有一定的位置,例如我国三门峡地区晚震旦世地层和世界其他许多地方,都发现有大量带状褐藻类化石。这些带状褐藻的广泛分布,可能是水生植物向陆地进军的第一步。

到古生代早期,藻类结构愈趋复杂,种类空前繁盛,成了植物界的主角。大约又过了2亿年,到了泥盆纪以后,藻类生物的发展似乎趋向衰退。而陆生植物开始大量出现,从此,苍茫大地披上了绿色的新装。

然而,绿色植物的创始者——藻类,还是以它们独特的个性,顽强地生存着。目前,从高山、平原、江河、海洋直至酷热的赤道和冰雪覆盖的极地,即使在85℃的矿泉中,都可找到它们的踪迹。

最耐高温的藻类植物

藻类植物是一大群种类繁多、适应性很强的植物。它们的个头,大的有几百米长,小的没有显微镜就见不着它们。地球上各个角落,从终年积雪的山顶到烈日炎炎的赤道平原,从浩瀚的大海到雨后的积水潭,甚至下水道的出口处,藻类植物都能安家落户,繁殖后代。

蓝藻是最耐高温的藻类植物。有的温泉水温能达到89℃,这样高的水温,人伸不下手,鸡蛋放进去几乎能煮熟。使人意外的是竟有一种藻,却能在其中正常生长和繁殖,它们是一种蓝藻。再也没有比它更能耐高温的藻类植物了。这种藻类的结构特殊,它的细胞内的物质,凝固点显然是在89℃之上。

蓝藻是原核生物,又叫蓝绿藻、蓝细菌,大多数蓝藻的细胞壁外面有胶质衣,因此又叫粘藻。在所有藻类生物中,蓝藻是最简单、最原始的一种。蓝藻是单细胞生物,没有细胞核,但细胞中央含有核物质,通常呈颗粒状或网状,染色质和色素均匀分布在细胞质中。该核物质没有核膜和核仁,但具有核的功能,故称其为原核(或拟核)。在蓝藻中还有一种环状DNA——质粒,在基因工程中担当了运载体的作用。和细菌一样,蓝藻属于“原核生物”,它和具原核的细菌等一起,单立为原核生物界。所有的蓝藻都含有一种特殊的蓝色色素,蓝藻就是因此得名。但是蓝藻也不全是蓝色的,不同的蓝藻含有一些不同的色素,有的含叶绿素,有的含有蓝藻叶黄素,有的含有胡萝卜素,有的含有蓝藻藻蓝素,也有的含有蓝藻藻红素。红海就是由于水中含有大量藻红素的蓝藻,使海水呈现出红色。

蓝藻属蓝藻门分为两纲:色球藻纲和藻殖段纲。色球藻纲藻体为单细胞体或群体;藻殖段纲藻体为丝状体,有藻殖段。蓝藻在地球上大约出现在距今35亿~33亿年前,已知蓝藻约2000种,中国已有记录的约900种。它们分布十分广泛,遍及世界各地,但大多数(约75%)淡水产,少数海产;有些蓝藻可生活在60℃~85℃的温泉中;有些种类和菌、苔藓、蕨类和裸子植物共生;有些还可穿入钙质岩石或介壳中(如穿钙藻类)或土壤深层中(如土壤蓝藻)。

数量最多的浮游藻类

在多得数不清的浮游藻类中,最多的一种是长着两个盒形小硬壳的硅藻。硅藻的“盒子”精美多样,有圆的、椭圆的、三角形和正方形的。它们的个子都十分微小,在一张普通邮票上,可以放5000到几万个。

这种“盒子”似的硅藻,两三千万年以前,在海水中大量繁殖,死亡以后,它们坚硬的硅藻壳依旧不变,沉入海底,形成了由硅藻壳构成的广大地层。以后地壳变动,原先的海底,竟变成了连绵不断的大山。这些大山是由多少硅藻壳堆成的呢?谁也数不清、算不出。看看从古到今的事实,谁也不会怀疑,硅藻是世界上数量最多的浮游藻类。

硅藻是一类最重要的浮游生物,分布极其广泛。它们在世界大洋中,只要有水的地方,一般都有硅藻的踪迹,尤其是在温带和热带海区。因为硅藻种类多、数量大,因而被称为海洋的“草原”。硅藻是一类具有色素体的单细胞植物,常由几个或很多细胞个体连结成各式各样的群体。

硅藻以细胞分裂繁殖为主。细胞分裂时,原生质膨胀,使上下两壳略为分离。细胞核进行有丝分裂,载色体、蛋白核等细胞器也随着分裂。原生质体也一分为二,其中一个位于母细胞的上壳之内,另一个位于母细胞的下壳,然后两壳分开成为上壳,各再生另一个新的半壳为下壳,这样形成的两个新硅藻中,一个与母体大小相等,而另一个则较母体为小。如此连续分裂下去,多数个体将越来越小。这种体积的缩小不是无限的,缩小到一定大小时,以产生复大孢子的方式恢复其大小。

硅藻是鱼、贝、虾类,尤其是其幼体的主要饵料。它与其他植物一起,构成海洋的初级生产力。硅藻还是形成海底生物性沉积物的重要组成部分。经过漫长的年代,那些在海底沉积下来的以硅藻为主要成分的沉积层,逐渐形成了经济价值极高的硅藻土。硅藻土不但含有丰富的营养物质,而且还能完好地保存动植物的遗体,在古生物学研究领域具有重要意义。

硅藻是一类种类繁多的低等植物,约11000多种。在海洋中硅藻的种类最多,淡水和潮湿的土壤也不少。据估测每1立方厘米土壤中有羽纹藻约1亿个。硅藻种间个体差异大,小者3.5微米,大者300~600微米。硅藻的身体虽然只有一个细胞,可这一个细胞却非常有趣。它既不像动物细胞一样没有细胞壁,也与植物细胞的细胞壁大不相同。硅藻的细胞壁由大量的硅质组成,分为上、下两部分组成,上面的盖叫上壳,下面的底叫下壳,上壳套住下壳,并且上、下壳面上纹饰图案非常精美。如同透明的水晶箱,或者好比一间精致的玻璃小屋。从16世纪显微镜下发现的这些颇具魅力的小生物后,科学家们耗费了许多的笔工来描绘这些绚丽的玻璃壳。

硅藻死后,它们坚固多孔的外壳一细胞壁也不会分解,而会沉于水底,经过亿万年的积累和地质变迁成为硅藻土。硅藻土可被开采,在工业上用途很广。可制造工业用的过滤剂、隔热及隔音材料等等。

生长在地球最南的植物

南方,在人们的印象中往往是温暖宜人,四季如春。然而,在地球的南方尽头之处——南极,却是地球上外貌最怪异的地方。在那里,年平均气温为零下25℃,有记录的最低温度曾达零下90℃,尤其是这个被科学家们称为“风之家”的南极大陆,全年的风速平均为16千米/小时。然而在这样恶劣的气候条件与荒芜的瘠地上,人们于1934年在南极洲的昆茂德山中发现了分布在地球最南的植物,它的地理位置为南纬86°03′,是直接生长在坚硬的花岗石上的地衣植物。

地衣一般生长很慢,数年内才长几厘米。地衣能忍受长期干旱,干旱时休眠,雨后恢复生长,因此,可以生在峭壁、岩石、树皮上或沙漠地上。地衣耐寒性很强,在高山带、冻土带和南、北极,其他植物不能生存,而地衣独能生长繁殖,常形成一望无际的广大地衣群落。

地衣植物虽然没有鲜艳的花卉,灰绿色的微小个体几乎难以引起人们的注意,但却赋有征服大自然恶劣环境的特殊本领。地衣是南极地区最重要的植物。事实上,它不是单一植物,而是藻类与真菌共生的复合体,自然界中最突出、最成功的共生现象的范例。地衣约15000种,其中的藻类通常为绿藻,真菌多为子囊菌或担子菌。地衣曾一度分类为一个单独的植物体,但显微镜出现后发现地衣由藻类和真菌结合而成。藻类能进行光合作用,制造复合体所需的养料;而真菌虽不能像藻一样,在微弱的阳光下转换能量,却也起着多种作用:它。把虚弱的藻胞固定在岩石上,它的“须根”吸住水分,使藻比它单独生存时获得更多的水分。有些地衣中的真菌还可以分泌出某种物质来溶解岩石,从而释放出地衣生长所需的无机物。

地衣的生命力极其顽强。实验证明,地衣能忍受70℃左右的高温而不死亡,在零下268℃的低温下,放几小时后仍能恢复正常生长。甚至,在博物馆的陈列柜里放了15年的地衣,当沾了水之后,居然“死”而复生。这些本领是其他植物所望尘莫及的,难怪地衣能远离生物家族的竞争,在天涯海角安居乐业了。

最长的海藻

在太平洋东部和大洋洲附近水深几十米的浅海里,生长着一种巨大的海洋植物。它们一株连着一株,形成了一片片繁茂的“水下森林”。它们就是有名的巨藻。

巨藻是世界上个体最长的海洋植物,一般的长100米,最长的竟达400米。就是说,只要23株这样的巨藻连接竖起来,就比“世界屋脊”珠穆朗玛峰还要高出300多米。陆地最高的树——杏仁桉树与它比起来,竟成了侏儒。只有最长的白藤,才能同它比个长短。

巨藻属于褐藻类,它们是藻类王国中最长的一族。它们靠1米多长的固着器将藻体固定在礁石上。巨藻的中心是一条主干,上面生长着100多个树枝一样的小柄,柄上生有小叶片,有的叶片长达1米多,宽度达到了6~17厘米。叶片上生有气囊,气囊可以产生足够的浮力将巨藻的叶片乃至整个藻体托举起。这些气囊有规律的排列在叶片上主叶脉的两侧。

巨藻喜生长在水深流急的海底岩石上,垂直分布于低潮线下5~20米。在透明度高的水域,其着生深度可达30米,以18~20米处生长最茂盛。其生长最适水温为8℃~20℃。在适宜条件下,藻体日增长度可达50厘米,藻体成熟的年龄为12~14个月。在美国加利福尼亚和墨西哥下加利福尼亚州沿海藻场,由于水温适宜,一年四季都有成熟的孢子叶。其繁殖盛期在夏秋之交,中国海区生长的巨藻孢子体能耐受的温度上限为23℃~24℃,孢子叶发育的适温上限为20℃。配子体生长的最适温度为13℃~20℃,发育的最适温度为13℃~17℃,配子体和孢子体生长发育的最适光强为2000~3000勒克斯(照度单位)。

在巨藻生长茂盛的地方,巨大的叶片层层叠叠地可以铺满几百平方千米的海面。巨藻寿命可达8~12年,可以吃,也可以喂养家畜和鱼类,还可以提取多种化工原料。国外还把巨藻经过细菌分解和加工,从中提取煤气,设想以此解决全部或大部分燃料的需要。

最大孢子

采蘑菇时,只要你稍稍触及老熟的蘑菇,在它那雨伞般身躯翻面的皱褶里,会落下很多细细的“粉末”,随风飞扬。这就是蘑菇繁殖后代的孢子。像蘑菇这样的孢子植物,不会开花结果,它们都以孢子繁殖后代。

孢子是生物所产生的一种有繁殖或休眠作用的细胞,能直接发育成新个体。孢子一般微小,单细胞。由于它的性状不同,发生过程和结构的差异而有种种名称。生物通过无性生殖产生的孢子叫“无性孢子”,如分生孢子、孢囊孢子、游动孢子等;通过有性生殖产生的孢子叫“有性孢子”,如接合孢子、卵孢子、子囊孢子、担孢子等;直接由营养细胞通过细胞壁加厚和积贮养料而能抵抗不良环境条件的孢子叫“厚垣孢子”、“休眠孢子”等。孢子有性别差异时,两性孢子有同形和异形之分。前者大小相同;后者在大小上有区别,分别称大、小孢子,并分别发育成雌、雄配子体,这在高等植物较为多见。

孢子的个儿一般很细小,直径只有几微米到几十微米,肉眼一般看不见它们。可是,也有例外情况,像高卷柏的孢子就很大,它的直径竟有1.5毫米,也就是1500微米,约有芝麻大小。在3亿年前石炭纪的地层中,地质学家发现了世界上最大的孢子化石,它叫大三缝孢子,直径竟有6~7毫米,比赤豆粒还要大。而红蘑菇孢子的直径只有10微米,也就是0.01毫米。

世上最珍贵的食用菌

竹荪又名“竹笋”、“竹菌”、“竹松”、“竹萼”、“竹笋菌”等,是我国名贵山珍,形态怡丽,清香袭人,在我国贵州、云南、福建、江苏、浙江、台湾、湖南、河南、河北等地都有分布,但以我国西南各省出产的最为名贵。除我国以外,在日本、印度、菲律宾等10多个国家也有发现。在我国黑龙江省海伦市曾发现一种同蘑菇相似的真菌。经专家教授鉴定,确认是世界最珍贵的食用菌——短裙竹荪。

竹荪属担子菌纲,鬼笔目,鬼笔科,有“竹参”、“竹笋”、“菌中皇后”等美称,是世界上名贵而又稀少的食用菌和药用菌。竹荪分长裙、短裙两种。一般生长在8月19日至9月28日,可延续到10月上旬,主要分布在海拔300~400米高的山区树林中,生长在落叶松、鱼鳞松、黑桦、自桦、枫桦、杨树等林中。

短裙竹荪的子实体较大,高12~18厘米。菌托粉灰色,直径4~5厘米。菌盖钟形,高宽各3.5~5厘米,具显著网格,内含有绿褐色臭而黏的孢子液。顶端平,有一穿孔,菌幕白色,从菌盖下垂直3~5厘米,网眼圆形,直径1~4毫米。

短裙竹荪可食用,需将菌盖和菌托去掉。此菌煮沸液,能防菜肴变质,和肉食共烹能防腐。在贵州民间治痢疾;子实体的发酵液有降低中老年人血脂,调节脂肪酸及预防高血压病。

这种短裙竹荪分布地区,过去仅限于南方,以四川南部为最多,现在在河北、辽宁、黑龙江、吉林、江苏、浙江等地也有分布。

生长最快的海洋植物

巨藻不仅是海洋中最长的植物,也是海洋中生长最快的植物。

在适宜的条件下,每棵巨藻一天内就可以生长30~60厘米。一年里,一棵巨藻可以长到50多米。最快的每隔16~20天面积就增大一倍,每隔20~30天长度可增长一倍。尤其是在夏季,很快就可以连接成一片,这是其他任何植物所望尘莫及的。生长在热带的巨藻全年都在生长,海边的以采集巨藻为生的渔民们每年可以收获3~4次。

巨藻的寿命一般在4~8年之间。最长寿的巨藻可以生长12年。如果每公顷海面种植1000棵巨藻,那么每年可以收获新鲜的巨藻750~1200吨。巨藻原产于北美洲大西洋沿岸,澳大利亚、新西兰、秘鲁、智利及南非沿岸都有分布。我国科学家在1978年从墨西哥把巨藻引进我国。从此,我国海水养殖的藻类中又增添了一个生力军。

含蛋白质最多的植物

随着世界人口的不断增长,对粮食的需要量也不断增长。

近几十年来,人们主要是靠推广良种、施用化肥、喷洒农药、耕作机械化、改善灌溉系统等办法来提高粮食产量的,但是这需要消耗大量的石油、煤等物质。同时产量的提高,在一定条件下总有个限度。因此,需要充分利用地球上丰富的植物资源,增加食物的品种,同时提高食物的质量,以不断满足人类的需要。

藻类是一类低能量的,蛋白质、膳食纤维、维生素和微量元素含量丰富的食物。如其中的维生素B1、维生素B2和烟酸含量较高;微量元素的含量也是其他食物的数倍甚至十几倍。小球藻人们是熟悉的,它是一种绿藻,繁殖能力很强。它能利用太阳光制造大量的蛋白质,一般含蛋白质50%,超过牛肉、大豆等高蛋白质食物,所以营养价值很高。

螺旋蓝藻的蛋白质含量比小球藻还要高,是已被发现的含蛋白质最高的植物。螺旋蓝藻的个体比小球藻大100倍,蛋白质含量竟达68%,是瘦肉的3倍多,半肥半瘦猪肉的8倍多。螺旋蓝藻除了含蛋白质、叶绿素和食物纤维以外,还含有丰富的维生素和矿物质。

螺旋蓝藻除了含蛋白质、叶绿素和食物纤维以外,还含有丰富的维生素和矿物质。另外,螺旋蓝藻具有调节血清脂质、改善肠道菌群、抑制血压升高和预防脂肪肝等功能。

固氮效率最高的蓝藻

要农业增产,氮肥的充足与否往往起着决定作用。有些蓝藻能够利用空气中的游离氮素,合成氮素化合物,不断地释放出来。死亡分解之后,更可以释放出大量氮素化合物,作为其他植物的氮肥。据估计,地球上固氮蓝藻每年从空气中可固定纯氮1000万吨左右,相当于5000万吨硫酸铵所含的氮素。

蓝藻的种类很多,有2000余种,其中有固氮能力的不过100多种。如果把固氮蓝藻放在稻田里大量繁殖,通过它们的固氮作用,就能把原来水稻不能利用的空中氮气变成能利用的氮肥,这样,在稻田里就有了一座小型的“天然氮肥厂”。

中国科学院水生生物研究所,在稻田中繁殖固氮蓝藻中的固氮鱼腥藻,获得了稻子增产24%的效果。人们把这种固氮鱼腥藻命名为“万年肥”。但这还不是固氮效率最高的蓝藻。在印度,于稻田中繁殖固氮蓝藻中的管链藻,使稻子增产2.7倍。这充分说明,管链藻是固氮效率最高的蓝藻。因此,蓝藻作为生物肥料,是很有发展前途的。

生命力最顽强的植物

植物世界中,要数地衣的生命力最顽强。地衣一般生长很慢,数年内才长几厘米。地衣能忍受长期干旱,干旱时休眠,雨后恢复生长,因此,可以生在峭壁、岩石、树皮上或沙漠地上。地衣耐寒性很强,因此,在高山带、冻土带和南、北极,其他植物不能生存,而地衣独能生长繁殖,常形成一望无际的广大地衣群落。据试验,地衣在-273℃的低温下还能生长,在真空条件下放置6年还保持活力,在比沸水温度高一倍的温度下也能生存。因此,无论沙漠、南极、北极,甚至大海龟的背上它都能生长。

地衣为什么有如此顽强的生命力?人们经过长期研究,终于找到了“谜底”。原来地衣不是一种单纯的植物,它是由两类植物“合伙”组成,一类是真菌,另一类是藻类。真菌吸收水分和无机物的本领很大,即使在薄薄的晨雾中,它也要捞个一星半点。藻类具有叶绿素,它以真菌吸收的水分、无机物和空气中的二氧化碳做原料,利用阳光进行光合作用,制成养料,与真菌共同享受。这种紧密的合作,就是地衣有如此顽强生命力之秘密。

有人曾试验把地衣体的藻类和菌类取出,分别培养,而藻类生长、繁殖旺盛,菌类则被饿死。可见地衣体的菌类,必须依靠藻类生活。

海洋中最多的植物

海洋里,最普遍的植物是海藻。海藻的种类繁多,形态各异,有的长在岩石上,有的随波漂泊,到处流浪。这后一种海藻,统称为浮游藻。

浮游藻的藻体仅由一个细胞所组成,所以也称为海洋单细胞藻。这类生物是一群具有叶绿素,能够进行光合作用,并生产有机物的自养型生物。它们是海洋中最重要的初级生产者,又是养殖鱼、虾、贝的饵料。

浮游藻身体直径一般只有千分之几毫米,只有在显微镜下才能看见它们的模样,但其形状各有特色,几乎是一种一个样子。它们多数是单细胞的,也有许多是由单细胞结合起来的群体,有纺锤形、扇形、星形的,有椭圆形、卵形、圆柱形的,还有树枝状的。

浮游藻的作用惊人。如果缺少了它们,富饶的海洋就会变成没有生命的死海了。因为,生活在海洋里的各种动物,都要间接或直接的靠吃浮游藻来生活。俗话说:“大鱼吃小鱼,小鱼吃虾米,虾米吃泥沙”。泥沙一般是不能作为食物的,虾吃的是附在泥沙上的浮游藻和别的小生物。人们估算,鱼类长1斤肉,就需要直接或间接吃几十斤甚至上百斤的浮游藻。海豹长膘1斤,竟需消耗浮游藻半吨多。所以从数十米长的巨鲸,到身体很小的糠虾,如果没有浮游藻,它们就要闹饥荒,统统饿死。

含碘量最高的海藻

含碘量最高的海藻是海带,它是海洋植物中产量高、生产快、个体大、经济、药用价值高的食用及工业用的海藻。

海带是一种含碘量很高的海藻。养殖海带一般含碘3‰~5‰,多可达7‰~10‰。从中提制得的碘和褐藻酸,广泛应用于医药、食品和化工。碘是人体必需的元素之一,缺碘会患甲状腺肿大,严重时颈脖上就像长个大瘤,行动不便,浑身无力。新中国成立前,我国内地人民,常受这种疾病的折磨,而食用海带,就可以防止和治疗这种病,多食海带能防治此病。除此之外,多食海带还能预防动脉硬化,降低胆固醇与脂的积聚。

海带是褐藻的一种,生长在海底的岩石上,形状像带子,中医入药时叫昆布,有“碱性食物之冠”一称。藻体褐色,长带状,革质,一般长2~6米,宽20~30厘米。藻体明显地区分为固着器、柄部和叶片。固着器假根状,柄部粗短圆柱形,柄上部为宽大长带状的叶片。在叶片的中央有两条平行的浅沟,中间为中带部,厚2~5毫米,中带部两缘较薄有波状皱褶。也是藻类植物,像根的部分只是起到固着作用的根状物,像叶的部分叫叶状体。

海带中褐藻酸钠盐有预防白血病和骨痛病的作用;对动脉出血亦有止血作用,口服可减少放射性元素锶一90在肠道内的吸收。褐藻酸钠具有降压作用。海带淀粉具有降低血脂的作用。近年来还发现海带的一种提取物具有抗癌作用。海带甘露醇对治疗急性肾功能衰退、脑水肿、乙型脑炎、急性青光眼都有效。

海带还是一种优良的蔬菜,营养价值很高。据分析,每100克海带干品,含有粗蛋白8.2克,脂肪0.1克,糖57克,无机盐12.9克,钙2.25克,铁0.15克,能发出262千卡热量。海带与营养价值较高的菠菜、油菜等比较,粗蛋白、糖、钙、铁的含量要高出几倍到几十倍。

石炭纪最繁盛的植物

3亿年前的石炭纪,是个奇异的树木世界。当时的树木,长得奇形怪状:有的像高塔,树冠像把大伞,树皮上布满鱼鳞一样的斑纹;有的个儿矮些,在那直挺挺的树干顶上,长着一撮细小的毛茸茸的针叶,远看就像一枝分叉的大毛笔;有的大树生着芦苇那样分节的茎。这些几十米高的大树,几乎都是蕨类植物。当时的大陆,被蕨类植物占据着。所以我们称石炭纪是蕨类植物最繁盛的时期。

石炭纪是植物世界大繁盛的代表时期。早石炭纪的植物面貌与晚泥盆世相似,古蕨类植物延续生长,但只能适应于滨海低地的环境;晚石炭纪植物进一步发展,除了节蕨类和石松类外,真蕨类和种子蕨类也开始迅速发展。

石炭纪时,早期的裸子植物(如苏铁、松柏、银杏等)非常引人注目,但蕨类植物的数量最为丰富。蕨类植物是灌木林中的旺族,它们虽然低矮,但大量占据了森林的下层空间,紧簇拥挤,蒸蒸日上。可以这样说,今天地球上之所以蕴藏有如此丰富的煤炭资源,与石炭纪的植物界的繁盛密切相关。中国是煤炭资源大国,外国科学家们曾经指出,石炭纪森林的广袤和茂密可以从中国所产煤层的厚度上看出来,有的煤层厚度竟然超过120米,这相当于2440米的原始植物质的厚度。

石炭纪森林分布在地球陆地的许多地方,在中国北方的华北平原,就曾保存着石炭纪的广袤森林,山西的煤层应该是最好的证据。在石炭纪时,山西大地历经海水的数次入侵,海陆频频交替。每当海水退却,陆地植物便在温暖潮湿的环境下迅速繁盛,一期又一期的森林就这样生成了。成煤的泥炭沼泽植物林中,主要以石松类、科达类、种子蕨类、真蕨类等为主,当我们今天开发山西的煤炭资源时,有谁能够知道并辨认出那些形形色色的史前植物呢?

最原始陆生高等植物

松叶蕨科是目前所知最古老最原始的陆生高等植物。

松叶蕨亚门植物是原始的陆生植物类群,孢子体分匍匐的根状和直立的气生枝,无根,仅在根状茎上生毛状假根,这和其他维管植物不同。气生枝二叉分,具原生中柱,很多古代的种类无叶,现在生存的种类具小型叶,但无叶脉或仅有单一叶脉。孢子囊大都生在枝端,孢子圆形,这些都是比较原始的性状。

松叶蕨孢子体分根状茎和气生枝,根状茎棕褐色,生于腐殖土或岩缝中,也有附生在树皮上。无真根,仅有假根,体内有共生的内生菌丝。气生枝多次叉状分枝,基部棕红色,上部绿色能营光合作用,主枝有纵脊3~5条,小枝扁平,具原生中柱或外始式管状中状,表皮有气孔,叶为鳞片状,小型叶,无叶脉及气孔。孢子囊分三室,系由三个孢子囊聚合而成,具短柄,生在孢子叶的叶腋内。孢子同形,配子体发育在腐殖土或石隙中,体小,呈不规则圆筒状,与初期发育的孢子体很相似,棕色无叶绿素,有单细胞的假根,内具断续的中柱,木质部的管胞为环纹或梯纹,维管束的边缘部分有菌丝共生,可知最初的陆生绿色植物和非绿色植物的共生现象已经出现。配子体的表面有颈卵器和精子器,其结构大致和苔藓植物相似,精子多鞭毛,受精时需要水湿条件,胚的发育也必须具有菌丝的共生。

松叶蕨亚门的植物绝大部分已经绝迹,成了化石植物,现代生存的裸蕨植物,仅存松叶蕨目,包含2个小属,即松叶蕨属和梅溪蕨属。前者有2种,我国仅有松叶蕨1种,产热带和亚热带地区。后者仅一种梅溪蕨,产澳大利亚、新西兰及南太平洋诸岛。

现存最小的蕨类植物

现存最小的蕨类植物是产于南洋群岛的一种附生在树干上的团扇蕨。

团扇蕨植株小,高1.2~2厘米。根状茎纤细,丝状,互相交强,横走,黑褐色,密被暗褐色短毛。叶远生,具细柄,叶柄长6~10毫米,下部被暗褐色短毛;叶片团扇形至圆状肾形,直径5~12毫米,基部心形、截形或短楔形,掌状分裂,裂片线形,钝头或有缺刻;生囊苞的裂片通常较不育,裂片短或近等长,叶脉多回分叉,每小裂片有小脉各1条;叶质薄,半透明,干后暗绿色,两面光滑无毛。孢子囊群生于短裂片顶端,囊苞瓶状,两侧有翅,口部膨大而外翻,成熟时囊托突出囊苞口外。

团扇蕨生于林下水湿的岩石上,海拔600~800米处。分布于我国东北、华东、华中、华南及西南,亚洲其他热带、亚热带等地区也有分布。

现存最大的蕨类植物

在距今约1.8亿万年前,桫椤曾是地球上最繁盛的植物,与恐龙一样,同属“爬行动物”时代的两大标志。但经过漫长的地质变迁,地球上的桫椤大都罹难,只有极少数在被称为“避难所”的地方才能追寻到它的踪影。桫椤名列中国国家一类8种保护植物之首。新西兰是桫椤产地之一,它也是新西兰的国花,被人们所保护着。

桫椤是树形蕨类植物。茎直立,高1~6米,胸径10~20厘米,上部有残存的叶柄,向下密披交织的不定根。叶螺旋状排列于茎顶端;茎端和拳卷叶以及叶柄的基部密被鳞片和糠秕状鳞毛,鳞片暗棕色,有光泽,狭披针形,先端呈褐棕色刚毛状,两侧具窄而色淡的啮蚀状薄边;叶柄长30~50厘米,通常棕色或上面较淡,连同叶轴和羽轴具刺状突起,背面两侧各具一条不连续的皮孔线,向上延至叶轴;叶脉在叶片上羽状分叉,基部下侧小脉出自中脉的基部;叶纸质,干后绿色,羽轴、小羽轴和中脉上面被糙硬毛,下面被灰白色小鳞片。孢子囊群着生于侧脉分叉处,靠近中脉,有隔丝,囊托突起,囊群盖球形、膜质。

桫椤喜生长在山沟的潮湿坡地和溪边的阳光充足的地方,常数十株或成百株构成优势群落,亦有散生在林缘灌丛之中。桫椤在我国分布很广,从北纬18.5°至30.5°。

桫椤科在全世界共有6属500余种,产于热带亚热带山地。根据目前比较权威的研究结果,我国有2属14种和2变种,分布于西南和华南地区。黑桫椤被并入桫椤属作为亚属处理。桫椤科的主要分类特征是叶柄基部的鳞片,叶轴上的气囊体,孢子囊的孢子数目和囊群盖等。

由于桫椤科植物的古老性和孑遗性,它对研究物种的形成和植物地理区系具有重要价值。它与恐龙化石并存,在重现恐龙生活时期的古生态环境,研究恐龙兴衰,地质变迁具有重要参考价值。桫椤树形美观,树冠犹如巨伞,虽历经沧桑却万劫余生,依然茎苍叶秀,高大挺拔,称得上是一件艺术品,园艺观赏价值极高。

最大与最小的藓类植物

全世界约有苔藓植物23000多种,从两极到赤道,几乎到处都有它们的踪迹。在植物界系统进化中,苔藓植物占有相当重要的地位。它们是由水生向陆生过渡的一个植物类群。

苔藓植物的形态构造比水生的藻类复杂得多,但比起其他高等的植物类又显得简单得多。它们只有单细胞的假根,没有真正的叶和茎。茎内也缺少输送水分和养料的维管束,因而水分和养料不能输送很远。同时,植物体细胞壁加厚不多,强度不大,这些结构条件限制了苔藓植物向高大方向发展。所以,苔藓植物是一群小型的多细胞的绿色植物,中最大的种类也只有数十厘米。

苔藓植物分为苔和藓两大类。一般情况下,藓类比苔类要高大一点。但藓类高度也只有几毫米到几十厘米。例如生长在新西兰的巨藓是目前世界上发现的最高大的藓类植物,它们高可达50厘米。它之所以能长得如此之高,可能与它的茎开始有了输导组织的分化。以及细胞内有了类似木质素的聚合体的存在有关。而另外一种天命藓却是藓类植物中最小的一种,它的茎长不及0.3毫米。由于个体小,往往附生在热带雨林中乔灌木的叶子上,一片小树叶上可以长上几十甚至几百株,构成热带雨林奇观之一——“叶附生”现象。

吸水能力最强的植物

在沼泽地区或森林洼地,生长着一种苔藓植物,称为泥炭藓。它能吸收自身体重的20~25倍的水分,比脱脂棉的吸水能力强1~1.5倍,是吸水能力最强的植物。

泥炭藓是藓纲泥炭藓科的唯一代表属。原丝体呈片状。植物体柔软,灰白色或灰绿色,高可达数十厘米而呈垫状生长。茎纤细,单生或稀分枝,表皮细胞大形,无色,有时具水孔和螺纹。叶细胞大形,无色透明,具水孔和螺纹加厚,间有狭长形的绿色细胞。孢蒴球形,成熟时紫黑色,盖裂,由柔弱、透明的假蒴柄自茎顶伸出,孢子四分型。在系统上为藓类植物的最原始分类群,约100种,分布于世界各地。泥炭藓植物习生于高山和林地的沼泽中,或经常有滴水的岩壁下洼地及草丛内,尤其在北温带分布较广。

泥炭藓的大型种类经消毒加工后,可代替脱脂棉做敷料或制造急救包。由于泥炭藓含有泥炭藓酚、丁香醛及多种酶,作伤口敷料时,有收敛和杀菌的作用,促进伤口愈合。第一次世界大战时,因缺乏药棉,加拿大、英国、意大利等国曾利用泥炭藓类植物的吸水特性代替棉花制作敷料。由泥炭藓和其他植物长期沉积后形成的泥炭,其1吨的燃料热量相当于0.5吨的煤。泥炭藓植物迄今仍为苗木、花卉等长途运输的最佳包装材料。

最小的苔类植物

生长在阴湿地区树干和石面上密密浓浓、绿茸茸的苔藓很少引起人们的注意。因为苔藓虽然种类繁多、分布极广,有惊人的适应性,但它的真面目多半要借助于显微镜才能看得清,所以被称为植物界的侏儒。

苔藓是最早出现在地球上的有胚植物之一,它的根、茎、叶由单列细胞或单层细胞组成,各方面都带有系统发育的原始烙印,尽管它们的足迹遍及世界各地,但是那种先天不足的缺陷,使它们没有魁梧的身材和强壮的体格,在与其他高等植物的竞争中。成了可怜的败北者,成了植物进化上的一个“旁支”,不论它怎么拼命地长,还是高大不起来。苔类中的最小成员——美洲的囊果苔,它的个体十分微小,通常直径不及1毫米,雄株比雌株更小。真可谓是植物界侏儒中的侏儒了。

囊果苔植物体小形,倒心脏形,不分枝或两歧分枝,单层细胞,中肋宽阔,由多层细胞所组成。腹面无鳞片,但植物体近尖部常有黏液毛。无气室与气孔。雄株明显小于雌株。雌雄生殖苞均着生叶状体背面。颈卵器由大形囊状总苞包被。

囊果苔科和纽苔科,包括囊果苔属、地苔属和纽苔属,分布北美、欧洲和北非,约有20种。中国尚未发现该目植物的分布。生态习性多为阴湿土生,但纽苔属植物为直立水生类型。植物界的性染色体最初于1917年从本属的杜氏囊果苔中发现,本属植物常大量应用于遗传学研究。

最会迁徙的植物

南美洲卷柏的生存需要充足的水分,当水分不充足的时候,它就会自己把根从土壤里拔出来,让整个身体缩卷成一个圆球状,由于体轻,只要稍有一点儿风,它就会随风在地面上滚动。一旦滚到水分充足的地方,圆球就会迅速地打开,根重新钻到土壤里,暂时安居下来。当水分又一次不足,住得不称心如意时,它会继续游走寻找有充足水源的“新家”。

卷柏为多年生草本,高5~18厘米,主茎直立,常单一,茎部生着很多须根;上部轮状丛生,多处分枝,枝上再作数次两叉状分枝。叶鳞状,有中叶与侧叶之分,密集覆瓦状排列,中叶两行较侧叶略窄小,表面绿色,叶边具无色膜质缘,先端渐尖成无色长芒。孢子囊单生于孢子叶之叶腋,雌雄同株,排列不规则,大孢子囊黄色,内有4个黄色大孢子。小孢子囊橘黄色,内涵多数橘黄色小孢子。许多人认为卷柏是裸子植物,其实不然,它属于由孢子繁殖的蕨类植物,没有种子。

卷柏的奇特之处是它极耐干旱的本领和“死”而复生的特性。但它的生长环境却很特殊,往往生长在干燥的岩石缝隙中或荒石坡上。在这样的环境中,水分的供应没有保障,仅在下雨时有一些过路水迅速流过。但卷柏凭借着有水则生、无水则“死”的生存绝技,不但旱不死,反而代代相传繁衍生息。在生长时,卷柏枝叶舒展翠绿可人,尽量吸收难得的水分。一旦失去水分供应,就将枝叶拳曲抱团,并失去绿色,像枯死了一样。随着环境中水的有无,卷柏的生与“死”也交替进行,因此在民间人们又称它为还阳草、还魂草、长生草、万年青。科学家则称这种小草为“复苏植物”,仿佛在干旱时它睡着了,遇到水又重新醒来似的。

最著名的食用藻类

在植物学中,藻类是一群低等植物,无论在江河湖沼,还是陆地海洋,到处都有它的踪迹。它们之中的多数种类是鱼类的主要饵料,一些种类可供食用、药用和工业用,与人类生活有不解之缘。

最著名的食用藻类植物应数发菜。这种植物黑绿色,细长丝状,像一团乱糟糟的头发,因而得名。别看其貌不扬,它却是一种极名贵的菜肴,一般食桌上是不能使它屈尊就座的,它只与海参、燕窝、猴头相伴为伍,出现在豪华的宴席中。至今,以发菜为主要原料制作的名菜,有北京的“酿发菜”,陕西的“拌发菜”,甘肃的“小鸭发菜”、“和平发菜”、“金钱发菜”,福建的“发菜球”,青海的“三色发菜”等。发菜还是我国的传统出口商品。据记载,早在唐代就已被广泛采集并远销国外。

发菜何以如此珍贵?原来,据科学分析,其蛋白质含量高达20%,高于鸡蛋和一般肉类。而且脂肪含量低,只有0.3%。故是一种高蛋白、低脂肪的营养品。发菜还有助消化、解积腻、清肠胃、降血压、调节神经等多种功能,可用于治疗高血压、妇科病等多种疾病。

发菜属于蓝藻门念珠藻科,把它放在显微镜下观察,每条细丝是由许多细胞连接而成,好像一串念珠。细丝往往相互缠绕,外有胶质包着,形成胶质的块状或球状。发菜有一孪生姐妹,叫葛仙米,同属于一个家族。葛仙米也有相当名气,它在干燥时,卷缩呈灰黑色,湿润时变为绿色。在煮醒糟时,放点葛仙米,就是著名的风味小吃“仙米醒糟”,极受人们喜爱。葛仙米附生于水中的砂石间或潮湿的泥土上。我国各地均有分布,但以四川产最为著名。

发菜分布于我国宁夏、陕西、内蒙古、新疆、青海一带,其中尤以内蒙古乌兰察布市北部牧区产的发菜最为著名。发菜既不生长在江河里,也不长在湖沼中,而是长在荒漠和半荒漠的戈壁滩上。在内蒙古,每年11月至翌年5月份,是采收主要季节,特别是未经放牧的地区,可以找到生长良好的发菜。

此外,像海带、紫菜、石莼、裙带菜、鹿角菜、羊栖菜、石花菜等都是著名的食用藻类植物。

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