新知問答|為什麼裸子植物普遍都長得很筆直?

2021-01-12 新華網客戶端

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要回答這個問題,首先要了解種子植物的枝幹是怎麼生長而成的。一顆發育成熟的種子,在適宜的溫度、適量的水和空氣下開始萌發,胚軸的細胞向上生長和伸長,把胚芽或胚芽連同子葉一起推出土面,胚芽伸出土面,形成莖和葉。隨著植物開始進行光合作用,子葉脫落,一株獨立的幼苗也就此長成。

從此以後,負責植物生長的任務交給了一個全新的組織——芽。芽是植物莖上處於休眠狀態的雛體,經過營養生長發育成植物的枝條,通常產生於葉腋或莖尖處。在生長素的作用下,分生組織細胞分裂和分化,形成皮系統、基本組織系統和維管系統,稱為初生結構。維管系統在生長季進行活躍的細胞分裂,向內和向外分別分化形成木質部和韌皮部,使得植物的莖不斷加粗生長,參天大樹也就逐漸長成。芽根據位置的不同通常分為頂芽、腋芽和不定芽。不定芽是指從老莖、老根和葉片上所產生的芽,而在新枝的生長發育過程中,頂芽和腋芽的發育程度決定了植物的生長形態。

在植物的生長過程中,頂芽產生的生長素會向下運輸積累臨近的側芽部位。而芽的發育對生長素的濃度非常敏感,低濃度的生長素會促進芽的萌發生長,而高濃度的生長素會抑制芽的萌發,所以受到高濃度生長素的積累,側芽會停止萌發,莖頂端的頂芽則不斷的萌發生長,這在植物學上叫做頂端優勢(apical dominance)。當頂芽不斷地保持頂端優勢生長,這就形成了明顯直立的主幹。腋芽遠離頂芽後才萌發生長形成側枝,側枝長大後再形成各級分枝。而由於主莖的頂芽活動始終佔優勢,所以側枝以下的各級分枝生長都不會超過主莖,這樣就長成了高大直立的植物形態。而這種分枝方式稱為單軸分枝,又叫總狀分枝,大多數裸子植物和部分被子植物(如楊樹)都是這樣的分枝方式。而被子植物中,有不少植物主幹上的頂芽經過一個生長周期後,生長遲緩、死亡或者分化為花芽,這樣臨近頂芽的腋芽失去了頂端優勢的抑制,代替頂芽繼續發育、生長為新的主幹枝條。如此交替往復就形成了曲折的枝幹形式,這種分枝方式被稱為合軸分枝。

單軸分枝與合軸分枝在分枝的方式上還有二叉分枝和假二叉分枝,這裡不做展開。進化角度來看,合軸分枝是比較進化的分枝方式,因為它使得植株上部或樹冠呈開展狀態,這樣可以更有效地獲得光合作用的面積。那麼為什麼裸子植物大多數是單軸分枝呢?相對於被子植物,裸子植物更加古老原始,很多裸子植物——比如銀杏——還有「活化石」的稱號。相對於現在的氣候條件,中生代的氣溫更高,二氧化碳濃度相對也高,而氧氣濃度更低。這也讓植物的光合作用更加容易,不需要像被子植物那樣通過擴大光照面積來提高光合作用。另一方面,中生代活躍的植食性動物——恐龍——比如今的動物龐大得多。為了不被過度啃食,裸子植物向上生長的生存策略也是符合適者生存的進化規律的。

中生代假想圖,背景植物都是高大直立的

其實在園林植物的栽培養護中,利用植物的頂端優勢來「坳造型」是特別常見的手法。自然界中,植物的頂芽因為病蟲害、自然意外等外力受到破壞,原本直立生長的裸子植物同樣可能呈現不同的分枝方式。而園林綠化中,也有可能根據需要提前摘除頂芽,來調整植物的生長姿態。所以也並不是所有的裸子植物都會長成筆直的形態的。

不是直立的銀杏

作者:雨塵(知乎用戶)

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