小麦旗叶高光效之谜
小麦旗叶高光效之谜
小麦旗叶高光效之谜
在浩瀚无边的自然界里，人们百赏不厌、诗人赞美不已的，是那三春花木的秀丽景色。然而，科学家们注视的却是这绿色世界中的最深处——绿叶里蕴藏着的许许多多的奥秘。
由绿叶制造粮食
如果当植物学家告诉你，在自然界中，各种植物的叶片，从十分细小的松柏叶，到宽达12米、长达22米房屋般大的亚马逊棕榈叶之间，存在着万倍之差，而使你感到惊奇的话，那么，当植物生理学家告诉你，太阳光照射到这大大小小绿叶上的时侯，就能制造出糖、淀粉等有机物质，更会使你感到奥妙了！不是吗？苏联著名生物学家季米里亚捷夫就曾这样通俗地说过：“您给一个最好的厨师以足够新鲜的空气、足够的太阳光和满满的清洁的水，请厨师用这些东西为您制造糖、淀粉和粮食，他将认为您是在和他开玩笑。的确，这显然是空想家的念头。但是，在植物的绿叶中却完全能够做到。”这就不仅生动地说明了植物的光合作用，是转变日光能为化学能，将无机物（二氧化碳和水）转变成有机物（糖、淀粉和粮食等）以维持地球上生命活动的源泉；同时，还把进行光合作用的场所——绿色植物的叶片，形象地比作为能制造出糖、淀粉和粮食的“绿色厨师”。
“十三妹”的功勋
随着科学技术的深入发展，科学家们进一步发现，这些“绿色厨师”的本领可真不小！具体来说，由一粒种子长成为一棵大树，其全部干物质重量，90～95％是来自植物叶片——“绿色厨师”制造的有机物质（光合产物）；而来自植物根系从土壤中吸收的水分和矿物质营养却仅占5～10％。此外，别看这许许多多的“绿色厨师”都身着绿装，外貌大体相仿，但其内部构造并非千篇一律。因此反映在功能即制造有机物上，是品种繁多的。像有的“绿色厨师”如甜菜和甘蔗叶，制造的主要是糖；有的如棉花和麻叶，制造的主要是纤维；油菜、花生和芝麻叶，制造的主要是油；黄豆和绿豆叶，制造的主要是蛋白质；水稻、玉米和小麦叶，制造的主要是供人、畜每天食用的粮食..。而且在同一家族的“绿色厨师”中，其姐妹间各自制造出来的有机物虽然品种相同，但其数量却有所差别，这也如同人的能力有大有小一样。就拿小麦来说吧，如果把小麦的种子比作母亲，那么在小麦的一生中，主茎上先后共生长出13个叶片，就比作13个子女吧！从外表来看，这十三个姐妹都身穿绿衣，体型个个修长、挺拔，都怪好看的，很难区分。但是她们制造粮食的本领各不相同。植物学家和农学家们对决定小麦产量的各种因素进行研究、观察和分析以后，终于发现，小麦在生长的前期（由播种到返青以前），所积累的光合产物（有机物），只占小麦一生中积累总量的10～20％；而在返青至成熟期，所积累的光合产物却占其总产量的80～90％。在此时间，小麦的十三个子女（十三个叶片）各有贡献，但其中最小的妹妹（最后生出的叶片），就叫她“十三妹”吧，这“十三妹”所提供的光合产物又约占其积累总量的一半！这一非同寻常的发现，充分说明小麦最后生出的这个叶片——“十三妹”对小麦的产量贡献最大！因此，也就不能不引起人们的高度重视。
小麦最后生出的这个叶片，名字叫旗叶。你看她生在小麦的顶端，紧挨着麦穗，当微风掠过田原时，她即迎风飘扬，多么像绿色旗帜。由于她生的部位最高，得阳光独厚，这样光合效力也就最高，制造的有机物也就比她的十二个姐姐多得多！所以，这小麦顶端的旗叶又称为“功能叶”。“功能叶”可算是“拔尖的绿色厨师”了！
然而，还必须说明的是：旗叶，这“拔尖的绿色厨师”所以能制造更多的有机物，她生的部位高，得阳光独厚，这仅是外因。外因只有通过内因才能起作用，这内因是什么呢？原来，旗叶的内部结构十分精密，可以说是“超群出众”！这正如欧米加手表的机心与一般手表的机心大不相同一样。亲爱的读者如果有兴趣，不妨进入旗叶中的“奇妙世界”去浏览一番！
旗叶中的“奇妙世界”
小麦的旗叶为什么能高产粮食？为什么光合效力高？为什么制造有机物多？为什么又能迅速地把制造的有机物运到小麦的籽粒上？这一系列问题，多少年来是难解之谜！因为从外表看确实也难以找出答案。你看，在小麦主茎上先后长出的13个叶中，论叶龄，旗叶的最短，只有44天，比起长叶龄（100天）的第3叶相差几乎一倍半；论叶面积，旗叶只有约123.6平方毫米，远远不及第10叶（约1456平方毫米），第11叶（约1526平方毫米）和第12叶（约1403.5平方毫米）；论叶色，更是察觉不出多少差异了。
那么，从小麦叶片的微观世界里是否能找到答案呢？
提到小麦叶片的微观世界，人们不禁要问，不就是把小麦叶片作成徒手切片或石蜡切片后，放在显微镜下所看到的一些椭圆形或圆形的细胞吗？那有什么奥秘可言？
可是，人们对自然界的认识总是不断深入的。自从1959年段续川教授革新了植物细胞制片的方法以后，人们在显微镜下才开始看清了一个个完整的各类型细胞的模样。其中，尤以小麦的叶肉细胞形象独特而且多变。具体来讲，就是小麦的叶肉细胞具有峰、谷、腰、环等各种形态，我们把每环的顶部称为峰，两峰之间称为谷，两谷的连接处叫做腰，实际上，小麦的叶肉细胞并不都是四环的，就是说，它们有一环、二环、三环，以至十多环的。若一环的比作一个红果，多环的就很像一支糖葫芦了。最有趣的是，这些糖葫芦似的叶肉细胞的环数，还随叶位的升高而增多，至旗叶达到顶峰。经几千个视野、两万多个细胞的统计，终于发现小麦在返青前的低位叶，如第五叶中，三环以下的叶肉细胞约占80％；而在旗叶中正好相反，四环以上的叶肉细胞却约占77％，且有的多达16环，并常见多环而又分枝的叶肉细胞，一环的叶肉细胞根本未见。但其叶肉细胞的数目却随叶位的逐渐上升而递减，至旗叶最少。这些特征，显然有利于加强光合作用。
因为小麦旗叶中多环叶肉细胞数目的增多和分枝细胞的出现，既扩大了光合作用的面积，又意味着细胞之间联系的障碍减少，便于把光合产物（有机物）更加迅速而有效地运往到小麦籽粒上。
随着电子显微技术的发展，再将这些不同叶位的叶片制作成超薄切片，放在电子显微镜下观察时，又进一步发现，原来在显微镜下看到叶肉细胞中像芝麻粒那样的小颗粒——叶绿体，还有更加美丽而精致的内部结构。而且这些美丽而精致的内部结构，也随叶位的逐渐上升而越趋于复杂化，具体表现在它们的光合系统，特别是基粒类囊体的数目也随叶位的上升而递增，至旗叶数目最多。
据统计，当旗叶的类囊体数目比低叶位的第五叶多1.6至3倍时，相应地其光合功能也高10多倍至30多倍！显然，光合功能的提高，就给光合产物（有机物）的积累提供了雄厚的物质基础。
这样深入地对小麦旗叶内部进行观察、分析的结果，就为小麦一生中积累有机物质的特点——在后三分之一的时期内占积累总量的80～90％，而旗叶，这“十三妹”所提供的有机物又约占其积累总量的一半，找到了理论根据。从而也就完全揭示了为什么旗叶对小麦产量贡献最大的秘密！
挽救了十三万亩小麦
旗叶对小麦产量贡献最大这一秘密揭示以后，启发科技人员进一步设想：采用人为的方法调控光合膜的结构与功能，以达到增产的目的。于是，开展了低温处理冬小麦种子，处理以后进行春播和秋播两组试验。结果，一方面光合膜的结构和功能出现了一些相应的变化；另一方面，在秋播这组试验中获得了增产13％的效果，并且成熟期提前了5天！
还有这样一件使人印象很深的事：上海川沙县科委在小麦返青已过的时候，曾为要不要给小麦施穗肥展开讨论，有的说要；有的说不要，认为小麦的生长期只剩下三分之一了，施肥也是瞎子点灯——白费蜡！当了解到小麦旗叶的重要作用以后，便立即将当时《植物》杂志已发表的文章转印成单行本，发给生产单位，决定给小麦施肥。通过用尿素喷洒叶片等根外追肥以后，及时挽救了十三万亩小麦，半月后小麦叶片由黄变绿..。
从以上一些事例，不禁使人想到马克思在《资本论》中曾讲过的一段话：“生产力的这种发展，归根到底总是来源于发挥着作用的劳动的性质，来源于社会内部的分工，来源于智力劳动特别是自然科学的发展。”多少年来，植物学家和农学家的难解之谜——小麦旗叶高光效的秘密，今天被揭开了，如将这一规律广泛用于农业实践，充分发挥小麦旗叶这一拔尖的‘绿色’厨师的作用，小麦增产的前景必将十分壮观！