綠色開花植物的葉子實在太奇妙了,它不僅養活了植物本身,而且還養活了人類和動物。可以說,沒有綠葉,就幾乎沒有生物世界。
葉子到底有多少奧妙呢?本文擇要談談,也足以讓你眼花缭亂。
我們說綠色植物的葉子有“特異功能”,這絕非誇大其詞。衆所周知,綠色植物的葉子能利用自己所含的葉綠素,吸收水分和二氧化碳,通過陽光進行光合作用,制造出碳水化合物。碳水化合物能夠轉化為澱粉,這為人類和動物提供了食物來源。
奇怪的是,人類雖然搞清了植物制造碳水化合物的這一過程,卻無法人工制造出澱粉,生産出糧食來,這其中的奧妙至今尚未能揭開。由于綠色植物的葉子具有制造碳水化合物的“特異功能”,而被譽為“第一生産者”,它們從無到有,生産出澱粉等,供人類和動物享用,家畜中的牛、羊等靠吃草,才能長大,供人類利用。
試想,沒有綠色植物,世界将會變成什麼樣子?
那麼,綠色植物的葉子是怎樣得到水和二氧化碳的呢?其實,道理很簡單。葉子得到的水和水中溶解的營養元素,如氮、磷、鉀等,是通過根部從土壤中吸收來的,由于根壓功能,水分被吸收上來,通過莖、枝直接輸送到葉片細胞中。二氧化碳氣體則是從葉子下表皮上的氣孔進入葉内的。一般來說,一平方毫米的葉面積上有氣孔100多個,一片白菜葉子上的氣孔多達1000萬個。可見,氣孔為二氧化碳的進入創造了令人想象不到的方便。
植物學家研究和計算後發現,地球上的綠色植物每天制造出的碳水化合物多達4億噸,在進行光合作用時,這些葉子還可以釋放出氧氣。植物學家通過計算發現,全球綠色植物一天能釋放出氧氣近5億噸。氧氣是人類和動物維持呼吸所必需的,沒有氧氣,就沒有生命。
可以說,綠色植物是人類的恩人。
由于植物通過葉子同外界進行氣體交換,葉子會直接受到空氣中污染物的侵害,所以許多植物對有害氣體的反映要比人和動物靈敏得多,隻要稍稍受到污染物的侵襲,它們的葉子就會出現明顯的症狀。
受害輕的,葉子上會出現傷斑,綠色變淺;受害重的,葉子變黃、枯萎,甚至整株死去。葉子表面的角質層、茸毛、鱗片等保護物的多少以及氣孔的分布情況,都會影響植物對污染物的抵抗能力。例如,苔藓和地衣的葉子一般是單層細胞,沒有保護層,外界氣體很容易直接侵入細胞中。當空氣中的二氧化硫濃度達到千萬分之五時,它們的葉子就會變成黃色或黑褐色,并很快地幹枯死去。
除了苔藓、地衣等植物對二氧化硫污染很敏感外,我們還可以找到其他許多對大氣污染也具有敏感性的植物。例如,番茄、煙草、菠菜等對二氧化氮污染很敏感:向日葵、白菜、落葉松對氯污染很敏感;梅、桃、葡萄等對氟化物污染很敏感:煙草、花生、洋蔥等對臭氧污染很敏感。利用植物對大氣污染的敏感性,我們隻要觀察某一地區敏感植物的葉片狀況,就能知道那裡大氣污染的類型和程度了。
葉子有單葉和複葉之分。所謂單葉,指一個葉柄上隻生1片葉子,植物的“芽”生在葉柄内側基部的枝條上,通常中腋生芽(即葉腋的芽),例如,棉花的葉即為單葉,向日葵的葉也是單葉,瓜類作物的葉為單葉,梅、桃、李、杏、櫻桃、櫻花的葉為單葉,楊樹、柳樹的葉也為單葉,蘋果、梨樹的葉都是單葉……
什麼叫複葉?複葉是指葉柄上有多于一個的葉子,這些葉子排列在一個總葉柄上。植物的芽生在總葉柄内側基部的莖枝上。這些葉子應稱為“小葉”,小葉的基部内側無芽。例如,槐樹的葉為複葉,刺槐的葉也為複葉,由于它們的兩列小葉排成羽毛狀,因此也被稱為羽狀複葉,又由于它們的小葉數目多是奇數,因此又叫奇數羽狀複葉。如果小葉數目成雙時,則被稱為偶數羽狀複葉,如皂莢樹的羽狀複葉就是偶數的。
有時可見到複葉的小葉不是排成兩列,而是從總葉柄頂呈放射狀生出,如掌狀,就叫掌狀複葉,如七葉樹、木棉樹、發财樹的葉子就是掌狀複葉。
葉子是多姿多變的,有圓形、卵圓形、橢圓形,也有披針形、匙形、鐮刀形、提琴形。葉子的邊緣,有的光滑,有的像波浪,有的像鋸齒,有的出現淺裂、深裂或全裂,也有的呈深淺不一的掌狀分裂。如棕榈、蓖麻等,葉的邊緣處都有明顯的分裂,從而使整張葉出現許多缺口。
植物的葉片為什麼會發生這種外形上的變化呢?
我們知道,綠色的葉片是植物制造養分的主要器官。光合作用過程中,陽光是必要條件。植株的葉片除了扁平的結構能加大表面吸收光能外,因長期的演化而産生了掌狀分裂葉形。這種葉形既能使葉片最大量地吸收光能,而且分裂留下的缺口又不會完全遮住下面的葉子接受光照,因而能保證全株光合作用的充分進行。
此外,圓形的掌狀葉在遇到大風時,由于迎風面積大極易被吹折,有了這些分裂缺口之後,就能大大減少強風的危害。植物的葉子就這樣經過長期的自然選擇,出現了掌狀分裂。
有一種樹木的葉子常使許多人分不清是複葉還是單葉,更多的人一眼看去,就說是羽狀複葉,這種植物名叫水杉。
有人以為,水杉的葉子排成一個平面,呈羽狀,就是羽狀複葉;其實,這是沒有搞清楚區分單葉和複葉的關鍵所在,關鍵應看葉片基部有無“芽”,如有芽,芽會生發出短枝,短枝上又可有葉,如無芽,則不會從葉腋再出短枝。水杉葉子的葉腋有小芽,有的可生發出新短枝,有的暫未生發出新短枝,但不等于無芽,隻是條件尚未合适而已。所以,水杉屬于單葉植物。
自然界中,綠色植物的葉子形形色色。
在高寒環境裡,氣溫低,空氣稀薄,光照強烈,終年積雪。在這種環境中的植物,面對的最大問題是陽光太強和溫度太低這一對矛盾。所以,高山雪蓮的葉子緊貼地面,并有絮狀白色表皮毛,這樣既可防止高山疾風吹襲,并能吸收地面熱量,防止熱量散失,還可反射掉強烈的紫外線。依靠這種變态和結構,它們頑強地生活在惡劣環境中。
在熱帶,情況就發生了改變。這裡溫度高、陽光強、水分多,因此植物的葉子較大,多數呈圓形、橢圓形或盾形,而且葉子表面光滑。這種葉子既可增強水分的蒸發、減低葉面溫度,而且又因葉面光滑,可以反射強烈的陽光。另外,熱帶植物的葉尖多為尖凸形狀,落在葉面的水能很快掉落,可以防止因多雨引起的葉面被寄生植物侵襲和覆蓋;同時,也便于雨水沖洗掉葉面上的幼蟲、蟲卵等,減少病蟲害。
有些綠色植物的葉子既大又好玩,如王蓮。王蓮屬睡蓮科王蓮屬,生于南美洲亞馬遜河中,葉子呈圓盤狀,周圍向上卷,
有缺口,以防飛雨積水,葉徑可達2米,葉面可承托一個小孩而不蔔沉。
還有些植物的葉子會抓蟲子。這類植物有許多種,最著名的是豬籠草。它的葉子變态為一口袋狀物,袋口處有甜汁,袋内有消化液,蟲子來到口部找甜汁時,落入袋内淹死,被消化吸收。
靠葉子捉蟲的食蟲植物還有許多種,這裡不多贅述。
有些植物的葉子會變成卷須,如豌豆和野豌豆的小葉都是這樣。豌豆的葉子為偶數羽狀複葉,其頂端有卷須,那是小葉變态成的,功能是利于用卷須卷在他物上,使豌豆站起來,擴大空間,便于其生長。野豌豆的葉子變成卷須也是這個道理。
百合科的黃精,莖直立,葉輪生,每個葉子狹長,頂端變态成卷鈎狀,是葉中脈延伸而成的,可以卷他物,讓莖直立向上生長,全身站得穩,長得高,擴大了生存空間,對本身生存較有利。
有些植物的葉子在演變過程中為适應環境逐漸退化。尤其是當環境條件太幹旱時,植物生存受嚴重威脅,為減少對水分的要求,以求自身安全,它們的葉子變小了,成了小鱗片狀,又失去綠色。
有的植物葉子退化後,由于莖呈綠色,可以代替葉子進行光合作用,比如百合科的假葉樹。
看上去,假葉樹長着卵形的“葉子”,呈綠色,扁平狀,不大且硬。不明白的人還以為那是假葉樹的葉子,實際上,那是假葉樹變扁的莖,真正的葉子已經退化了。再比如我們熟悉的仙人掌,它的莖也是扁平的,為綠色,真正的葉子則變态成了刺。
文竹,又稱雲竹,濃密的葉狀物其實是小枝,枝上有小而白色的退化葉子。
光棍樹屬于大戟科,全身有許多直立的光溜溜的綠色莖枝,不見一葉,在它長出嫩枝時會看見有幾片小葉子,不過很快就掉了,光合作用則依靠這些綠色的枝條進行。
據科學家調查,世界上植物的葉子,沒有一片是完全相同的。它們的形狀各式各樣,大小也千差萬别。最大的一片葉子,可蓋一間小房子,最小的比魚鱗還要小。葉子的長度也各不相同。玉米的葉片,看起來是比較長的了,大約1米左右。
南美洲的亞馬遜棕榈,一片葉子連柄帶葉有24.7米長。熱帶的長葉椰子,一片葉子有27米長,豎起來有7層樓房高。這是迄今所知最長的葉子了。
動植物都是有一定生命周期的,葉子也一樣。它并不是長久地生長在植物體上,而是有一定的壽命的。
葉子的壽命一般不長,如落葉樹,春天發葉,當年秋風一起,便落葉了;常綠樹,如松柏類,全年有綠葉,但實際上,它的葉子也不是永不凋落的,也不斷有葉子枯死,隻不過,松柏的葉子不是一下子全部凋落,而是一部分一部分地換,在舊葉枯死時,新葉已出,所以松柏看起來永遠郁郁蔥蔥。松柏葉子的壽命也的确比桃、李等落葉樹的葉子長,可以生存3~5年,但也不會太長。冷杉葉子的壽命是12年。
通常情況下,一年生植物,葉子随着植物體一起死亡。多年生草本植物和落葉的木本植物,葉子的壽命隻有一個生長季。常綠的木本植物,葉的壽命可以有幾年。
當植物即将落葉時,葉子内部會發生很大變化,細胞中有用的物質逐漸被分解并被運回莖内。葉綠體中葉綠素的分解速度比葉黃素快,于是,葉片逐漸變黃。有些植物在落葉前細胞中産生花青素,綠葉變為紅葉。與此同時,在葉柄基部有一層細胞進行分裂,形成幾層小型的薄壁組織細胞,這層結構叫做離層,不久這層細胞間的中層分解,繼而整個細胞分解,葉片逐漸枯萎,以後由于風吹雨打等機械力量,葉柄自離層處折斷,葉子脫落。在離層折斷處的細胞栓質化,起着保護“傷口”的作用。葉脫落後,在莖上會留有疤痕,這就是葉痕。
既然葉子的壽命有長有短,那麼,世界上哪種植物葉子的壽命最短?哪種植物的葉子壽命最長呢?
世界上壽命最短的葉是短命菊的葉子,隻能活3~4周。
世界上壽命最長的葉子要數非洲百歲葉的葉子了。此種植物屬裸子植物百歲葉科百歲葉屬,僅一種,即百歲葉,又稱百歲蘭。
百歲葉外形奇特,莖又短又粗,高不過10~20厘米,莖幹周長卻達4米,與平放的大卡車輪胎相仿。這種植物一生隻有兩個帶狀葉,攤于地面,能活百年。
百歲葉的葉子初生時質地柔軟,為适應幹旱的沙漠環境,以後逐漸變成皮革那樣堅硬。兩片葉子各長2~3米,寬30厘米,拼在一起的兩片葉子比一張單人草席還要長出一大截。這種葉子的先端逐漸枯萎,葉肉腐爛,剩下的木質部分纖維卷盤彎曲,再加上又粗又短的莖幹,人們遠遠望去,還以為是伏地的怪獸呢。
世界上有比百歲葉更大的葉子,也有比它的外形更奇特的葉子,但沒有比百歲葉更長壽的葉子了。
百歲葉生于非洲近海邊沙地上,靠海風刮來的濕潤水汽維持生命。
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