谁操纵着植物的生长方向

刘　怡

很少有人去思考，植物的枝干为什么往上长，根却往地下扎。人很容易分辨方位，因为人有一套非常复杂的感觉系统，那么，植物怎样分清方向呢？植物也有感觉器官吗？

达尔文无法解释

很久以前，有人就发现，当花盆中的植物长到一定高度后，把花盆倾斜，植株仍会朝上生长。这一现象非常奇特，许多科学家对之产生兴趣，这当中也包括进化论的鼻祖——达尔文。

像许多同时代的科学家一样，达尔文首先想到的原因是重力。他认为，地球的引力一定是影响植物生长方向的重要因素。达尔文进一步观察到，植物的芽和根在改变生长方向时，各部分细胞的生长速度是不同的，但这一切又是由什么因素来决定的呢？限于当时的科学实验条件，达尔文无法做出更进一步的解释。

1926年，美国植物生理学家弗里茨·温特做了一个实验，他使植物的胚芽鞘一面受光，另一面对着黑暗处。结果胚芽鞘的生长发生了有趣的变化，它渐渐朝着有光的方向弯曲。后来，温特从胚芽鞘中分离出一种植物生长素，它具有促使植物生长的功能。当胚芽鞘受到光照时，生长素就聚集到遮荫的一侧，而生长素的积累使遮荫部分生长加快，受光部分则由于缺少生长素而生长较慢，导致植物生长弯曲。于是温特认为，植物茎或叶片的弯曲是由于生长素在组织内的不对称分布造成的,而光照方向会影响植物内部生长素的分布。

可惜温特的发现也不能完全让人信服。举个例子来说，在北半球许多森林中的树木，其主干都是笔直朝上生长的，但太阳却从来没有在它们的正上方光顾过，况且有些树木生长的地方还见不到阳光。

是重力的缘故吗

植株向上生长已经难以解释了，细心的科学家又发现植物根总是朝着地心引力的方向生长。

研究发现，植物根朝着地心引力的方向生长，也是通过植物生长素在根细胞里的分布来实现的。于是科学家猜测，也许有一种可以称之为“平衡面”的“重力感应物”流向根细胞的底部，从而影响生长调节剂在细胞中的分布。可是这种“平衡面”究竟属于何物？又是如何起作用的呢？科学家们至今无法知晓。

不过许多科学家相信，重力在植物的方向感知方面充当了某种重要角色，并且影响着植物的诸多表现行为，但植物究竟以何种方式回应重力的牵引尚不清楚。重力的牵引是如何导致植物在生长过程中的生化反应变化，又成为科学家感兴趣的研究内容。

新的发现——无机钙

如今，美国俄亥俄州立大学的植物学家迈克尔·埃文斯及其同事提出了新的理论：无机钙对植物的生长方向起着举足轻重的作用。他们在研究中发现，植物的弯曲生长过程中，无论是根冠的下侧部位还是芽的上侧部位，都存在着高含量的无机钙。

那么，无机钙又是如何使植物辨别方向的呢？埃文斯解释说，因为根冠有着极为丰富的含淀粉体的细胞，在重力的作用下，淀粉体就会把内部的钙送到根冠下侧。这时，如果用特殊的实验手段去阻止钙的移动，植物就不会按正常的方式去生长。同样，植物的芽虽然没有冠部，但也含有丰富的淀粉体，淀粉体也能将其内部的无机钙送到上侧的细胞中，这说明，无机钙对植物生长方向起着不可忽视的重要作用。

航天技术或可揭谜

更有甚者，一些科学家推测，当植物细胞中的流动物质（原生质）在重力的作用下向下流动的时候，细胞壁上的压力会相应地发生变化并产生某种信号，来帮助植物辨别哪是“上”，哪是“下”。

据悉，美国宇航局已经用航天飞机把植物种子送上天，希望揭开植物生长的奥秘。美国宇航局“生命／磁场”实验的主要负责人卡尔·哈森斯坦说：“航天飞机把亚麻种子送上地球轨道，并由计算机控制种子萌发时所需要的水与温度。种子在这种环境中，重力已经变得微乎其微了，同时，植物细胞中的原生质，以及淀粉颗粒的运动也将发生变化。”科学家指出，研究淀粉颗粒在不同环境下的运动状态可能有助于揭开种子萌发方向的秘密。

不管怎样，影响植物生长方向的因素有很多，科学家们正在一步一步地揭开其中的奥秘，相信在不久的将来，我们能够找到决定植物生长方向的终极答案。

小资料

生长素是一类含有一个不饱和芳香族环和一个乙酸侧链的内源激素，英文简称IAA。生长素在扩展的幼嫩叶片和顶端分生组织中合成，通过韧皮部的长距离运输，自上而下地向基部积累。根部也能生产生长素，自下而上运输。

生长素有多方面的生理效应，这与其浓度有关。低浓度时可以促进生长，高浓度时则会抑制生长，甚至使植物死亡。生长素的生理效应表现在两个层次上。在细胞水平上，生长素可刺激形成层细胞分裂；刺激枝的细胞伸长，抑制根细胞生长；促进木质部、韧皮部细胞分化，促进插条发根、调节愈伤组织的形态建成。生长素能够促进果实的发育和扦插的枝条生根的原因是：生长素能够改变植物体内的营养物质分配，在生长素分布较丰富的部分，得到的营养物质就多，形成分配中心。例如，生长素能够诱导无籽番茄的形成就是因为用生长素处理没有授粉的番茄花蕾后，番茄花蕾的子房就成了营养物质的分配中心，叶片进行光合作用制造的养料就源源不断地运到子房中，子房就发育了。

植物茎的顶芽是产生生长素最活跃的部位，但顶芽处产生的生长素浓度通过主动运输而不断地运到茎中，所以顶芽本身的生长素浓度是不高的，而在幼茎中的浓度则较高，最适宜于茎的生长，对芽却有抑制作用。越靠近顶芽的位置生长素浓度越高，对侧芽的抑制作用就越强，这就是许多高大植物的树形成宝塔形的原因。但也不是所有的植物都具有强烈的顶端优势，有些灌木类植物顶芽发育了一段时间后就开始退化，甚至萎缩，失去原有的顶端优势，所以灌木的树形是不成宝塔形的。由于高浓度的生长素具有抑制植物生长的作用，所以生产上也可用高浓度的生长素的类似物作除草剂。