裘树平

植物对周围环境的反应，最奇妙的莫过于它的生长方向。比如向日葵的花朵总是随着太阳转，又如一粒小小的植物种子，从萌发开始，它就知道根部应该往地下生长，而茎干则要伸向天空。这是一种极普通的现象，可植物为什么这样生长？要回答这个问题还真不容易呢。

向日葵，是人人熟悉的植物。清晨，当太阳从东方升起时，它的花朵会自然而然地迎着东升的旭日;当日落西山时，它的花朵又会转向西方，仿佛在欢送太阳离去。

早在100多年以前，英国著名生物学家达尔文，就对向日葵的花朵随着太阳转的现象产生了兴趣。他很想知道其中的秘密，便做了一系列实验，其中有个实验很简单，但很能说明问题。

达尔文在房间里培育了一些花草，当幼苗从盆中破土而出后，它们都朝着透光的窗子那边倾斜。很显然，光线与植物的生长方向大有关系。达尔文感到很奇怪，植物的向阳生长究竟受什么控制？

根据直觉，这种奇怪的东西可能在植株顶芽附近。于是，达尔文把幼苗的顶芽削去一块，结果情况完全变了，幼苗虽然还朝上长，但再也不会弯向太阳光的方向了。这个实验使达尔文相信，在幼苗的顶端，肯定有一种神奇的物质在操纵植物的生长方向。很可惜，在当时的研究条件下，还没发现这种物质，达尔文就与世长辞了。

关于植物生长方向的研究，却一直都没有停止，其他科学家仍在探索其中的奥秘。直到1926年，人们终于找到了这种神奇的物质。

发现者是美国植物生理学家温特。他做了这样一个实验，就是让植物的胚芽鞘一面接受光照，另一面对着无光的黑暗处，结果，胚芽鞘渐渐朝有光的方向弯曲。温特对胚芽鞘进行了特别处理，从中分离出一种新奇的化合物，取名为植物生长素。

生长素最大的作用是指挥植物生长。它在植物体中，根据所处环境条件的不同，如不同的光线、不同的温度和湿度、不同的地点等，及时“发布”命令，决定植物的各个器官应该怎样生长，或者生长到什么程度最适宜。

由于生长素对光的反应很敏感，当胚芽鞘受到光照时，它就聚集到阴面那一侧。这样，生长素的增多和积累，就使阴面部分的生长大大加快，受光部分则由于缺少生长素而生长缓慢，结果导致弯曲发生。温特断言，植物茎或叶片的弯曲，完全是由生长素在组织内的不对称分布造成的。

植物的向光性生长是由生长素控制的，那么，它又是怎样区分“上”和“下”的呢？又是什么力量促使它选择根朝下、茎朝上的生长方式的呢？科学家首先想到的是重力，他们认为，地球的引力肯定是影响植物生长方向的重要原因。

人们开始在宇宙空间站栽培植物，看看植物是否还能区分“上”和“下”。从理论上说，在太空失重的环境下，再加上一天24小时都有充足的光照，植物生长的条件比地球上优越得多。科学家期望，空间站能结出红枣一样大小的麦粒、西瓜一般大的茄子和辣椒。但最初的实验结果实在糟透了。

那是1975年，在苏联“礼炮4”号宇宙飞船上，航天员播下小麦种子后，一开始情况良好，小麦出芽比在地球上快得多，仅仅15天，就长到30厘米长，虽然是不懂“上下”、没有方向和目标地乱长，但终究是一个可喜现象。可是在这以后，情况越来越不妙，小麦不仅没抽穗结实，茎和叶子反而渐渐枯黄，显示出快要死亡的症状。

很显然，给植物生长带来麻烦的主要是失重。为什么植物对重力这么依赖呢？按照温特的生长素理论可以这样解释：长期生活在地球上的植物，形成了一种独特的生理现象，当它受到重力刺激时，在植物组织下部的生长素含量会大大增加，于是就使植物的根朝下生长，茎则朝上生长。一旦失去了重力，生长素便无法汇集到合适的部位，使幼茎找不到正确的生长方向，只能杂乱无章地向四下伸展，最終导致死亡。

如果解决了失重问题，是不是能使生长素回归到合适的位置呢？科学家决定进行更深入的实验。

要解决失重问题，最直接的方法是建立人工重力场，但是要在小小的空间站实施这个办法，实在很难行得通。这时，有个名叫拉西克夫的苏联生理学家提出一种观点，他说：“电对整个生物界起着巨大的作用。在地球表面，植物每时每刻都通过茎和叶，向大气发射一定量的电子流。这对植物营养成分和水的供应会产生很大的影响。另外，地球上的土壤和植物之间，存在着明显的电位差，有利于植物从土壤中吸收营养。在失重情况下，植物与土壤之间没有了电位差，也就不再向空中发射电子流，所以就难以生存了。”

根据这种观点，科学家设计了一种回转器，将葱头栽在回转器上，每两秒改变一次方向，也就是在两秒内，将植物从正常状态（绿叶朝上）转到反方向（绿叶朝下）。这就相当于在失重状态下，植物没有了“上”和“下”之分。回转器上的两个葱头，一个被通上电源，受到一定的电压刺激，另一个则不通电源。结果，那个没接通电源的葱头，到了第四天叶子便开始向四处分散生长;又过了两天，叶子开始枯黄萎缩，趋向于死亡。而另一个受到电刺激的葱头，恰恰与它的伙伴相反，就像长在菜田中一样，绿油油的，挺拔而粗壮。

后来，科学家将这两个葱头调换，不到一星期，奇迹发生了。那个快要死去的葱头，脱去了枯萎的叶片，重新长出新鲜绿叶;而原先充满生机的葱头，因为失去了电刺激，很快停止了生长，叶梢变得枯黄卷曲。

电刺激实验的成功，不仅给航天员带来福音，使他们能吃到新鲜的蔬菜瓜果，同时也使科学家对植物生长方向受谁控制的问题，有了更深刻的了解。

正当大家都把注意力集中在植物生长素身上时，美国俄亥俄州州立大学的植物学家迈克·埃文斯，提出了一个崭新的理论。他认为，无机钙对植物的生长方向起着举足轻重的作用。因为他在研究中发现，植物在弯曲生长过程中，无论是根冠下侧部位，还是芽的上侧部位，都存在大量的无机钙。那么，无机钙又是如何帮助植物辨别方向的呢？

埃文斯解释说，因为根冠内有极为丰富的含淀粉体的细胞，而淀粉体是一种贮存大量无机钙的场所，在重力的作用下，淀粉体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，植物马上会表现出不正常的生长方式。同样，植物的芽虽然没有冠部，但也含有丰富的淀粉体，淀粉体也能将内部的钙送到上侧细胞中。由于细胞的上端和下端之间有不同的电荷，两端电荷的不一致引起细胞极化。结果，大量被极化的细胞排列在一起，总电荷就很强，足以吸引任何相反电荷的钙离子，驱使它们在体内移动，引导植物的茎干总是向上生长，根朝下生长。

到底是谁控制着植物的生长方向？这种神奇的力量取决于什么，是植物生长素还是无机钙？或者是兼而有之？目前这依然是一个有待探索的谜。