植物對(duì)周?chē)h(huán)境的反應(yīng)，最奇妙的莫過(guò)于它的生長(zhǎng)方向。比如向日葵的花朵總是隨著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，又如一粒小小的植物種子，從萌發(fā)開(kāi)始，它就知道根部應(yīng)該往地下生長(zhǎng)，而莖干則要伸向天空。這是一種極普通的現(xiàn)象，可植物為什么這樣生長(zhǎng)？要回答這個(gè)問(wèn)題還真不容易呢。

向日葵，是人人熟悉的植物。清晨，當(dāng)太陽(yáng)從東方升起時(shí)，它的花朵會(huì)自然而然地迎著東升的旭日;當(dāng)日落西山時(shí)，它的花朵又會(huì)轉(zhuǎn)向西方，仿佛在歡送太陽(yáng)離去。

早在100多年以前，英國(guó)著名生物學(xué)家達(dá)爾文，就對(duì)向日葵的花朵隨著太陽(yáng)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象產(chǎn)生了興趣。他很想知道其中的秘密，便做了一系列實(shí)驗(yàn)，其中有個(gè)實(shí)驗(yàn)很簡(jiǎn)單，但很能說(shuō)明問(wèn)題。

達(dá)爾文在房間里培育了一些花草，當(dāng)幼苗從盆中破土而出后，它們都朝著透光的窗子那邊傾斜。很顯然，光線(xiàn)與植物的生長(zhǎng)方向大有關(guān)系。達(dá)爾文感到很奇怪，植物的向陽(yáng)生長(zhǎng)究竟受什么控制？

根據(jù)直覺(jué)，這種奇怪的東西可能在植株頂芽附近。于是，達(dá)爾文把幼苗的頂芽削去一塊，結(jié)果情況完全變了，幼苗雖然還朝上長(zhǎng)，但再也不會(huì)彎向太陽(yáng)光的方向了。這個(gè)實(shí)驗(yàn)使達(dá)爾文相信，在幼苗的頂端，肯定有一種神奇的物質(zhì)在操縱植物的生長(zhǎng)方向。很可惜，在當(dāng)時(shí)的研究條件下，還沒(méi)發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)，達(dá)爾文就與世長(zhǎng)辭了。

關(guān)于植物生長(zhǎng)方向的研究，卻一直都沒(méi)有停止，其他科學(xué)家仍在探索其中的奧秘。直到1926年，人們終于找到了這種神奇的物質(zhì)。

發(fā)現(xiàn)者是美國(guó)植物生理學(xué)家溫特。他做了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)，就是讓植物的胚芽鞘一面接受光照，另一面對(duì)著無(wú)光的黑暗處，結(jié)果，胚芽鞘漸漸朝有光的方向彎曲。溫特對(duì)胚芽鞘進(jìn)行了特別處理，從中分離出一種新奇的化合物，取名為植物生長(zhǎng)素。

生長(zhǎng)素最大的作用是指揮植物生長(zhǎng)。它在植物體中，根據(jù)所處環(huán)境條件的不同，如不同的光線(xiàn)、不同的溫度和濕度、不同的地點(diǎn)等，及時(shí)“發(fā)布”命令，決定植物的各個(gè)器官應(yīng)該怎樣生長(zhǎng)，或者生長(zhǎng)到什么程度最適宜。

由于生長(zhǎng)素對(duì)光的反應(yīng)很敏感，當(dāng)胚芽鞘受到光照時(shí)，它就聚集到陰面那一側(cè)。這樣，生長(zhǎng)素的增多和積累，就使陰面部分的生長(zhǎng)大大加快，受光部分則由于缺少生長(zhǎng)素而生長(zhǎng)緩慢，結(jié)果導(dǎo)致彎曲發(fā)生。溫特?cái)嘌裕参锴o或葉片的彎曲，完全是由生長(zhǎng)素在組織內(nèi)的不對(duì)稱(chēng)分布造成的。

植物的向光性生長(zhǎng)是由生長(zhǎng)素控制的，那么，它又是怎樣區(qū)分“上”和“下”的呢？又是什么力量促使它選擇根朝下、莖朝上的生長(zhǎng)方式的呢？科學(xué)家首先想到的是重力，他們認(rèn)為，地球的引力肯定是影響植物生長(zhǎng)方向的重要原因。

人們開(kāi)始在宇宙空間站栽培植物，看看植物是否還能區(qū)分“上”和“下”。從理論上說(shuō)，在太空失重的環(huán)境下，再加上一天24小時(shí)都有充足的光照，植物生長(zhǎng)的條件比地球上優(yōu)越得多。科學(xué)家期望，空間站能結(jié)出紅棗一樣大小的麥粒、西瓜一般大的茄子和辣椒。但最初的實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)在糟透了。

那是1975年，在蘇聯(lián)“禮炮4”號(hào)宇宙飛船上，航天員播下小麥種子后，一開(kāi)始情況良好，小麥出芽比在地球上快得多，僅僅15天，就長(zhǎng)到30厘米長(zhǎng)，雖然是不懂“上下”、沒(méi)有方向和目標(biāo)地亂長(zhǎng)，但終究是一個(gè)可喜現(xiàn)象。可是在這以后，情況越來(lái)越不妙，小麥不僅沒(méi)抽穗結(jié)實(shí)，莖和葉子反而漸漸枯黃，顯示出快要死亡的癥狀。

很顯然，給植物生長(zhǎng)帶來(lái)麻煩的主要是失重。為什么植物對(duì)重力這么依賴(lài)呢？按照溫特的生長(zhǎng)素理論可以這樣解釋?zhuān)洪L(zhǎng)期生活在地球上的植物，形成了一種獨(dú)特的生理現(xiàn)象，當(dāng)它受到重力刺激時(shí)，在植物組織下部的生長(zhǎng)素含量會(huì)大大增加，于是就使植物的根朝下生長(zhǎng)，莖則朝上生長(zhǎng)。一旦失去了重力，生長(zhǎng)素便無(wú)法匯集到合適的部位，使幼莖找不到正確的生長(zhǎng)方向，只能雜亂無(wú)章地向四下伸展，最終導(dǎo)致死亡。

如果解決了失重問(wèn)題，是不是能使生長(zhǎng)素回歸到合適的位置呢？科學(xué)家決定進(jìn)行更深入的實(shí)驗(yàn)。

要解決失重問(wèn)題，最直接的方法是建立人工重力場(chǎng)，但是要在小小的空間站實(shí)施這個(gè)辦法，實(shí)在很難行得通。這時(shí)，有個(gè)名叫拉西克夫的蘇聯(lián)生理學(xué)家提出一種觀(guān)點(diǎn)，他說(shuō)：“電對(duì)整個(gè)生物界起著巨大的作用。在地球表面，植物每時(shí)每刻都通過(guò)莖和葉，向大氣發(fā)射一定量的電子流。這對(duì)植物營(yíng)養(yǎng)成分和水的供應(yīng)會(huì)產(chǎn)生很大的影響。另外，地球上的土壤和植物之間，存在著明顯的電位差，有利于植物從土壤中吸收營(yíng)養(yǎng)。在失重情況下，植物與土壤之間沒(méi)有了電位差，也就不再向空中發(fā)射電子流，所以就難以生存了?！?/p>

根據(jù)這種觀(guān)點(diǎn)，科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種回轉(zhuǎn)器，將蔥頭栽在回轉(zhuǎn)器上，每?jī)擅敫淖円淮畏较?，也就是在兩秒?nèi)，將植物從正常狀態(tài)（綠葉朝上）轉(zhuǎn)到反方向（綠葉朝下）。這就相當(dāng)于在失重狀態(tài)下，植物沒(méi)有了“上”和“下”之分?；剞D(zhuǎn)器上的兩個(gè)蔥頭，一個(gè)被通上電源，受到一定的電壓刺激，另一個(gè)則不通電源。結(jié)果，那個(gè)沒(méi)接通電源的蔥頭，到了第四天葉子便開(kāi)始向四處分散生長(zhǎng);又過(guò)了兩天，葉子開(kāi)始枯黃萎縮，趨向于死亡。而另一個(gè)受到電刺激的蔥頭，恰恰與它的伙伴相反，就像長(zhǎng)在菜田中一樣，綠油油的，挺拔而粗壯。

后來(lái)，科學(xué)家將這兩個(gè)蔥頭調(diào)換，不到一星期，奇跡發(fā)生了。那個(gè)快要死去的蔥頭，脫去了枯萎的葉片，重新長(zhǎng)出新鮮綠葉;而原先充滿(mǎn)生機(jī)的蔥頭，因?yàn)槭チ穗姶碳?，很快停止了生長(zhǎng)，葉梢變得枯黃卷曲。

電刺激實(shí)驗(yàn)的成功，不僅給航天員帶來(lái)福音，使他們能吃到新鮮的蔬菜瓜果，同時(shí)也使科學(xué)家對(duì)植物生長(zhǎng)方向受誰(shuí)控制的問(wèn)題，有了更深刻的了解。

正當(dāng)大家都把注意力集中在植物生長(zhǎng)素身上時(shí)，美國(guó)俄亥俄州州立大學(xué)的植物學(xué)家邁克·埃文斯，提出了一個(gè)嶄新的理論。他認(rèn)為，無(wú)機(jī)鈣對(duì)植物的生長(zhǎng)方向起著舉足輕重的作用。因?yàn)樗谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，植物在彎曲生長(zhǎng)過(guò)程中，無(wú)論是根冠下側(cè)部位，還是芽的上側(cè)部位，都存在大量的無(wú)機(jī)鈣。那么，無(wú)機(jī)鈣又是如何幫助植物辨別方向的呢？

埃文斯解釋說(shuō)，因?yàn)楦趦?nèi)有極為豐富的含淀粉體的細(xì)胞，而淀粉體是一種貯存大量無(wú)機(jī)鈣的場(chǎng)所，在重力的作用下，淀粉體會(huì)把內(nèi)部的鈣送到根冠下側(cè)。這時(shí)，如果用特殊的實(shí)驗(yàn)手段去阻止鈣的移動(dòng)，植物馬上會(huì)表現(xiàn)出不正常的生長(zhǎng)方式。同樣，植物的芽雖然沒(méi)有冠部，但也含有豐富的淀粉體，淀粉體也能將內(nèi)部的鈣送到上側(cè)細(xì)胞中。由于細(xì)胞的上端和下端之間有不同的電荷，兩端電荷的不一致引起細(xì)胞極化。結(jié)果，大量被極化的細(xì)胞排列在一起，總電荷就很強(qiáng)，足以吸引任何相反電荷的鈣離子，驅(qū)使它們?cè)隗w內(nèi)移動(dòng)，引導(dǎo)植物的莖干總是向上生長(zhǎng)，根朝下生長(zhǎng)。

到底是誰(shuí)控制著植物的生長(zhǎng)方向？這種神奇的力量取決于什么，是植物生長(zhǎng)素還是無(wú)機(jī)鈣？或者是兼而有之？目前這依然是一個(gè)有待探索的謎。