绿豆萌发后,根会向土里钻,根毛在后方出现,茎和叶也向上伸。这不是整株像橡皮筋一样一起拉长:根、芽和茎各有生长的关键部位,还需要水、无机盐、空气、光照和适宜温度的配合。
这一章聚焦根的生长与吸收、芽和茎的生长,以及植株生长需要的条件。
把一条刚萌发的根放在放大镜下看,会发现根的最前端和长有许多白色细毛的部位很不一样。从根的顶端到生有根毛的一段,叫作根尖。这里是根的生命活动比较活跃的部分,也是理解“根为什么能不断往土里钻”的入口。

从根尖最前端沿根向上、朝根基部看,依次是根冠、分生区、伸长区和成熟区。图可以旋转,顺序不会变:先找到最前端的根冠,再判断其余区域。
根的生长是接力:分生区细胞分裂,增加细胞数目;新细胞在伸长区迅速变大、变长,使根明显伸长;随后细胞分化,承担吸收等任务。题目问根为何不断长长,要写分裂和伸长;问伸长最快的部位,才选伸长区。
根冠的主要任务是保护,不能把它写成根吸收水和无机盐的主要部位;有大量根毛的成熟区才是主要吸收部位。一个区域的名称、细胞特点和功能必须对应起来,不能只凭“它在根上”猜功能。
按照教材实验,先用肉眼找到幼根上白色的“绒毛”,再用放大镜观察根毛的数量和形态;随后通过显微镜观察根尖永久切片,比较不同部位细胞的大小和排列。肉眼或放大镜看到的是根毛等外部特征,显微镜下的永久切片才能帮助比较各区域的细胞特点。操作时要在教师指导下进行,轻拿玻片,避免反复触碰容易受损的根毛。
成熟区上密密麻麻的根毛,肉眼看起来像给幼根套了一层短绒毛。根毛并不是一条条缩小版的根,而是表皮细胞向外伸出的细长部分。它们数量多、分布广,能让根与土壤颗粒之间接触的面积大大增加。这样一来,土壤中的水和溶解在水里的无机盐,就更容易被根吸收。
根尖继续向前生长时,较老的根毛会脱落,新成熟区又会形成根毛。根毛集中在根尖后方,说明那里的细胞已分化并承担吸收任务;移栽时少伤根毛,有助于植株恢复吸水。
植物生活离不开三类营养物质:水、无机盐和有机物。水对植物不只是“解渴”。细胞的许多生命活动离不开水,植株中的物质运输也需要水参与;幼嫩的细胞吸足适量水分后,才能保持一定的状态并继续生长。无机盐同样不可少,它们主要由根从土壤水中吸收;有机物则主要由绿色叶片在光下制造,并供其他部位利用。农业生产中施肥的一个主要目的,就是在合适的情况下补充植物需要的无机盐。
无机盐也不是一个模糊的“大礼包”。植物生长需要量最多的是含氮、含磷和含钾的无机盐,也需要多种其他无机盐;有些虽然需要量很小,仍不可缺少。教材图示中,缺氮培养的玉米植株矮小、瘦弱,老叶先发黄;缺磷培养的玉米植株矮小,叶片上会出现紫色。不同植物、同一种植物的不同生长时期,对无机盐的种类和数量需求也会变化。例如,教材指出油菜在营养器官生长时期需要大量含氮的无机盐,在开花结果时期需要更多含磷的无机盐;缺少含硼的无机盐时,油菜可能只开花而不结果实。这些是特定条件下的典型表现,不能只凭“叶黄”或“长得慢”就断定只缺某一种无机盐。
“无机盐很重要”不是一句靠背诵赢来的话,可以通过对照实验寻找证据。按照教材装置,选取两组生长状况基本相同的玉米幼苗,把根分别放入盛有等量蒸馏水和土壤浸出液的试管中,并用脱脂棉固定;温度、光照、培养时间等其他条件保持相同。这个实验直接比较的是“土壤浸出液组”和“蒸馏水组”,不是任意改变培养材料。结合土壤浸出液中含有多种无机盐这一背景,才能进一步分析无机盐与幼苗生长的关系。
一段时间后,要比较两组幼苗的株高、叶片颜色以及根、茎、叶的生长状况。若土壤浸出液组比蒸馏水组生长得好,可以结合两种液体的成分差异,支持“植物正常生长需要多种无机盐”的判断。请注意,观察的是两组的比较结果;若一组在阳光下、另一组在阴暗处,或两组幼苗起初就不相近,实验就不能把差异归到所给液体上。这个实验也不表示肥料越浓越有效,施肥仍要适量。
肥料并非越多越好:施肥过多可能烧苗;施用化肥过多,还可能造成土壤板结。浓度过高的土壤溶液也不利于根吸水。记住:根主要吸收水和无机盐,绿色叶片在光下制造有机物。
根周围的土壤还要有适当的空气。根的细胞也要进行呼吸作用,过度积水会把土壤孔隙中的空气挤走,根的正常生命活动受影响,吸收和生长都可能变差。所以给盆栽浇水时,看到“土表湿了”并不等于已经做对了;既不能长期缺水,也不能让盆土长期泡得密不透气。
“根吸收无机盐”和“植物制造有机物”是两条不同的线索。根从土壤中取得的是水和无机盐,不是把土里的有机物直接当作植株主要的营养来源。萌发初期幼苗还会利用种子贮存的营养;形成能进行光合作用的绿色部分后,有机物来源才逐渐转向自身的光合作用。
春天看一棵果树,枝头鼓起的小芽有的会展开叶子,有的会开出花。它们都叫“芽”,但不能因此把所有芽的去向说成一样。芽内有能够继续分裂和分化的组织,在适宜条件下,它会形成新的结构,让植株的地上部分不断延伸、更新。
芽常有两套容易混在一起的分类方法。
第一套是按着生位置分:长在枝条顶端的是顶芽,长在枝条侧面的叫作侧芽;侧芽常着生在叶腋处,所以也常被称作腋芽。叶腋就是叶柄与茎相连处的夹角,不是叶片的任何一个角。顶芽和侧芽回答的是“芽长在哪里”。
第二套是按将来的发育方向分:叶芽主要发育成枝条,枝条上会有幼嫩的茎、叶和芽;花芽发育成花。有些植物还会有同时形成枝叶和花的混合芽,但在判断基础题时,先把“叶芽—枝条”“花芽—花”这两条最重要的对应关系分清即可。花芽开成花以后,是否能发育成果实,还要经过传粉、受精等过程,不能提前把“花芽”直接等同于“果实”。
如果把一枚叶芽沿着中间轻轻剖开,会发现它不像一颗实心的小豆子,里面已经把“将来长成枝条的零件”紧凑地排好了。初中阶段最需要认清三项:芽轴将来发育成茎,幼叶将来发育成叶,芽原基将来发育成芽。别把芽原基误读成“已经长成的芽”;它是还能继续发育的雏形。这样一来,新枝条并不是凭空冒出来的:芽轴伸长,幼叶展开,芽原基又能形成新的芽,枝条便有了继续生长和分枝的可能。
芽发育成枝条时,内部细胞不是一下子变成一根完整的枝。它们经历细胞分裂、细胞生长和细胞分化,逐步形成幼茎、叶和新的芽。新枝条上的芽又可能继续发育成新枝条,于是植株的枝叶会不断增加。你现在应该能看出,本章的根尖和芽虽然长在植株不同位置,却在讲同一个大逻辑:有些区域保留着较强的分裂能力,后续的细胞再生长、分化,才构成可见的植株生长。
枝条的伸长主要和芽的发育有关,可是校园里的小树不仅长高,树干也会逐年加粗。对于有形成层的茎,形成层是一种分生组织;其中的细胞能不断分裂,并进一步分化成新的组织,使茎的直径增加。把它理解为树干里一圈持续添“新材料”的生长区域即可。这里不需要提前追究复杂的维管结构或年轮机制;本章要抓住的是:茎的加粗同样是分生组织细胞分裂、分化的结果,而不是整根茎被均匀“吹胖”。
把一盆小苗放在窗边,常有人只记得“晒太阳”和“浇水”。实际上,植株生长是多个条件共同配合的结果。根吸收水和无机盐,绿色部分在光下制造有机物;细胞进行生命活动还需要适宜的温度和空气条件。任何一项长期明显不合适,都可能让生长受影响。
可以把这些条件想成一张合作表,而不是一份“越多越好”的采购单:
有一道情境题很爱设陷阱:两盆同样的幼苗,一盆每天浇到盆底长期积水,另一盆保持土壤湿润但不过湿。有人会猜第一盆“水更多,一定更旺”。真正需要补充的推理是:水分过多会减少土壤孔隙中的空气,根的呼吸和吸收可能受影响,所以不能只用“水量”一个指标判断。生物题里的“适宜”两个字,往往就是条件题的钥匙。
在教师或家长指导下,把萌发的绿豆或小麦放在透明杯的湿纸巾与杯壁之间,纸巾湿润即可,不能让种子长期泡水。每天同一时间记录根长、根毛出现的位置和叶片变化;若有根尖永久切片,再比较不同区域细胞的大小和排列。记录现象而非“长得好不好”,并避免反复触碰易受损的根毛。探究某一条件时,要选相近材料、设置对照,只改变一个变量;前面的蒸馏水—土壤浸出液实验就是这样的例子。
本章可以浓缩成一条生长路线:分生区不断产生新细胞,伸长区细胞伸长使根明显变长,成熟区的根毛所在部位主要吸收水和无机盐;叶芽发育成枝条,花芽发育成花,混合芽可同时发育为枝条和花,有形成层的茎还能逐渐加粗;水、无机盐和有机物这三类营养物质及适宜环境需要共同配合。读图、做实验和分析生活现象时,都把“结构特点—功能—条件”连成一句完整的话。