植物种子传播的物理原理探讨①

(甘肃省徽县第四中学，甘肃 陇南 742399)

1 引言

自然界植物的进化有着无穷的奥秘，植物种子传播方式的奇妙也令人惊叹，下面就植物种子传播方式的物理原理做一探讨，以抛砖引玉。

2 植物传播种子的物理原理探微

2.1 依靠弹力

(1) 形态特征

一些植物种子为外表光滑的球形或铁饼形等，如黄豆、紫藤、凤仙花等，种子外荚一般由较厚、较硬、植物纤维较密的两片紧扣在一起而成，种子被紧紧夹在外荚中间，如豌豆角。

(2) 物理原理

当植物种子成熟以后，种子的外荚在太阳光照下变干收缩，当外荚干缩到一定程度就突然爆裂，给种子施加一个弹力，把种子向外抛出去，并发出“啪啪”的响声，加之种子是光滑球形或铁饼形，在空气中运动时所受阻力较小，且有的种子(如紫藤的种子像纽扣，一面凸起，一面平直)运动形成的气旋给种子一个向上的升力，最大限度地让种子飞出更远的距离，此类种子主要依靠弹力把种子向远处传播。

2.2 依靠压强和拉力

(1) 形态特征

一些种子的外壳为标枪形、橄榄球形或球形等，标枪形的种子外端像针尖一样且有倒钩，其他形状的外壳上长满许多带有倒钩刺的针尖毛(如苍耳、牛蒡子等)。

(2) 物理原理

在种子成熟期，人或动物触碰到此类种子外壳时，由于外壳上所长针尖毛很尖，压强就很大，所以很容易扎入毛皮或衣物之中，加之倒钩的作用，种子很难脱落，于是种子随着人或其他动物被带走，传到不同的地方，此类种子传播依靠的就是压强大、拉力大。

2.3 依靠浮力

(1) 形态特征

有的种子在空气中能够飘浮，其种子的外壳长满絮状物，有的像小棉花团(如杨树、柳树等)，有的像伞状(如蒲公英等)。有的种子在水中能够漂浮，其种子被腔体包裹，腔体是外壳坚硬且像小船一样的腔囊，腔囊带着种子能随水漂移(如莲蓬、椰子果等)。

(2) 物理原理

这些种子分别依靠空气或水的浮力传播种子。絮状物很轻且密度小，它使种子在空气中飘浮，并随风飘荡，把种子传向远方。空腔体使种子在水中漂浮且不被泡烂，随水流运动，把种子带到远方。

2.4 依靠较大的承压能力

(1) 形态特征

有的种子外壳坚硬，壳外由颜色艳丽、味道香甜可口的果肉所包裹(如桃子、樱桃、葡萄等)。

(2) 物理原理

可口鲜美的果肉吸引鸟类或其他动物食用、搬运果实，有些果实就会被连同种子吃下，由于果壳坚硬不能被消化，种子就随粪便排到不同的地方。这种动物搬运、随动物粪便排出传播的方式靠的就是种子外壳坚硬能承受较大的压力，不易破裂，间接使种子得到传播。

2.5 依靠摩擦力

(1) 形态特征

有的种子外形为铁饼形或球形等，外壳油光易滑动或滚动(如胡麻、菜籽、花椒、谷子、糜子等)。

(2) 物理原理

光滑的种子外壳使种子易于滑动或滚动，让种子容易滑脱或滚远，这类种子靠减小摩擦力去向远处传播。

2.6 依靠风力

(1) 形态特征

有的种子的外壳上长有羽翅(如榆树、椿树、枫树、槭树等)，种子一般为球形、圆饼形或椭圆饼形，夹在羽翅当中。

(2) 物理原理

种子成熟后脱离树枝飘飞在空气中像小飞机一样滑翔，这是因为种子羽翅两侧的空气流速并不一样，依据贝努利原理，空气流速大的地方大气压强小，空气流速小的地方大气压强大，羽翅两侧受到的压力不同，这个压力差就给种子提供了向上的升力，再加上风吹的力量，使得种子在空气中飘飞、翻转和滑翔，把种子传播到不同的地方。

2.7 依靠液体压强

(1) 形态特征

以喷瓜为例，它为一年生攀缘草本，原产欧洲南部，果实为长圆形或卵状长圆形，长约4-5cm、宽约1.5-2.5cm、粗糙、有黄褐色短刚毛、两端钝，种子为褐色或近黑色，长约4mm。

(2) 物理原理

喷瓜成熟后，生长着种子的多浆质的组织变成粘性液体，挤满果实内部，液体压强不断增大，远高于大气压，给果皮施加一个很大的压力，使果皮膨胀，当果实从果梗脱落后，果皮收缩将种子和果液同时从基部洞口喷射而出，把种子送到远处。这种传播方式的物理原理是：液体压强越大，给容器壁施加的压力就越大，当突然打开容器口时，容器壁收缩，容器内高压液体就被喷出很远。

3 结语

物理与生物密不可分，从声、光、热、电和放射线的应用到显微镜、X光机、同位素示踪、DNA双螺旋结构的发现，无不展示着物理学的光芒，闪现着学科交叉碰撞出的火花。1944年物理学家薛定谔在《生命是什么？——活细胞的物理面貌》一书中提出了遗传密码的概念,试图用量子力学去解释生命的本质。这唤起许多物理学家去关注生命现象，引导人们用物理学的思想方法和理论体系去研究生命规律，从而使生命科学蓬勃发展。今天，人类已向人工智能方向迈进，可以预见，任何单一学科是不可能担当如此重任的，物理学、生物学和其他学科联合协同定能发挥巨大威力！因此，让青少年学生树立合作探究和学科融合的意识非常重要，笔者对植物种子传播方式的物理原理进行了探讨，目的就是用物理学原理对身边生活中的生物现象做出解释，引导学生树立学科交叉和拓展的意识，培养学生的核心素养。