植物生長方向之謎

植物對周圍環境的反應，最奇妙的莫過於它的生長方向，比如從一粒小小的植物種子萌發開始，它就知道根應該往地下生長，而莖幹則伸向天空。這是一個極爲普通的現象，然而植物爲什麼會這樣呢？它是怎樣懂得“上”和“下”的概念呢？又是由什麼力量促使它選擇根朝下、莖朝上的生長方向呢？怎樣解釋這種生理機制？

科學家們首先想到的是重力，他們從物理學想到，地球的引力一定是影響植物生長方向的重要因素。當時，著名的英國生物學家、進化論的鼻祖達爾文曾觀察到，植物的芽和根在改變生長方向時，各部分細胞的生長速度不同，但這又是由什麼來決定的呢？達爾文無法做更進一步的解釋。

到1926年，美國植物生理學家弗裏茨·溫特，做了一個頗能說明問題的實驗。他使植物的胚芽鞘一面受光照，另一面對着無光的黑暗處；結果胚芽鞘的生長髮生了有趣的變化，漸漸地朝着有光的方向彎曲，後來溫特從胚芽鞘中分離出一種化合物——植物生長素，它具有促使植物生長的功能。胚牙鞘受到遮蔭部分生長加快，受光部分則由於缺少生長素而生長較慢，結果導致彎曲發生。於是溫特認爲，植物的莖或葉片的彎曲是由於生長素在組織內的不對稱分佈造成的。當植物受到策略刺激時，植物組織下部的生長素含量會大大增加，於是就使植物的根朝下生長，而莖則朝上生長了。

自從溫特發現植物生長素的祕密後，很多科學家投入到這一研究領域。他們發現，植物根總是朝着地心引力的方向生長，這同樣是通過生長調節劑在根細胞裏不同的分佈來實現的，於是這些學者們提出，也許有一種被稱爲“平衡面”的策略感應物流向根細胞的底部，從而影響生長調節劑在細胞中的分佈。水平放置的根，其上面比下面生長快，致使根向下生長，可是這種“平衡面”究竟屬於何物？又是如何起作用的呢？學者們一時無法知曉。

不久之前，美國俄亥俄州立大學的植物學家邁克爾·埃文斯以及他的同事，提出了一個嶄新的理論。他們認爲，無機鈣對於植物的生長方向起着舉足輕重的作用。因爲他們在研究中發現，在植物的彎曲生長過程中，無論是根冠下側部位還是芽的上側部位，都存在着高含量的無機鈣。那麼無機鈣又是如何使植物辨別方向的呢？埃文斯解釋說，因爲根冠有着極爲豐富的含澱粉體的細胞，而澱粉體就會把其內部的鈣送到根冠下側。這時，如果用特殊的實驗手段去阻止鈣的移動，植物馬上就會表現出不按正常的方式去生長。同樣，植物的芽雖然沒有冠部，但也含有豐富的澱粉體，澱粉體也能將其內部的無機鈣送到上側的細胞中，這顯然說明，無機鈣對植物生長方向有着不可忽視的重要作用。

那麼，既然澱粉體內有許多無機鈣，而無機鈣又能在植物體內來去自如，除了重力之外，又是哪一種力量使無機鈣如此方便地上下移動呢？最近，美國德克薩斯州立大學的研究人員斯坦利·魯在研究中發現，這是由於細胞的上端和下端之間的電荷不同，兩端電荷的不一致引起細胞極化。結果，爲數衆多被極化的細胞排列在一起，總電荷就強得足夠吸引任何相反電荷的鈣原子，驅使它們在體內移動。於是斯坦利·魯提出，由於細胞的極性帶動鈣的移動，從而導致植物莖幹總是向上生長，而根則朝地下生長。

由誰控制植物生長方向的研究課題已日趨深入，這種神奇的力量取決於什麼，是植物生長素還是無機鈣，是細胞的極性還是數者兼有之？目前依然有待於更進一步的探索。