互动科普

快速生长的巨大叶片

王莲是著名的水上观赏植物，属于睡莲科，原产于南美洲热带地区，拥有世界上最为硕大和独特的圆叶片，其直径可达2米以上，犹如一只只翡翠玉盘漂浮在水面上，极为壮观。王莲的巨大叶片具有惊人的承载力，令其他水生植物望尘莫及，即使上面坐上一个体重45千克左右的人也不会沉没，因此被誉为“水上花王”。

王莲的叶生于水中的茎部，浮出水面后会以令人震惊的速度快速生长。在一天之内，叶片直径最多能增加约30厘米，浮出水面1周后，直径就能超过2米。日本岛根大学的国井秀伸教授曾就王莲叶片的生长机制做过详细研究，他介绍说：“王莲叶片的生长机制与‘给瘪了的水上气球充气’的过程非常相似。叶片浮出水面时，内部结构几乎已经发育完善，细胞吸收水分后膨胀，使叶片得以快速生长。”令人遗憾的是，如此巨大的叶片却只能存活很短的一段时间。一般来说，浮生植物的叶片寿命都很短暂，王莲叶片的寿命尤其短，只能存活30天左右。

叶片漂浮水面的奥秘—与众不同的几何学叶脉

王莲通过叶片表面的气孔来吸收光合作用所需的二氧化碳和进行呼吸作用的氧气。如果叶片因浮力不足而没入水中的话，将无法进行气体的交换。

王莲叶片产生巨大浮力的奥秘在于叶子内部。与其他植物不同，王莲具有非常独特的叶脉，这是其产生巨大浮力的秘密武器。王莲的叶脉，由从中心向四周放射状分布的粗大叶脉和与其相连的薄片环状叶脉组成，酷似一个巨大的伞架。叶脉高约几厘米，里面可以储藏大量的空气，起着“救生圈”的作用。此外，粗大叶脉的内部具有充满大量空气的海绵状组织，所以可以产生很大的浮力。这些海绵状组织外面包裹着一层坚硬的表皮，足够支撑起巨大的叶片。

巨大叶片的生长机制

图片描绘了王莲叶子生长的情形（1～5)。一株王莲大概长有10～15片叶子。幼叶向内卷曲，浮生于水面（1)。吸收大量水分后，迅速长大。叶片表面最初是凹凸不平的，就像有褶皱一样。随着叶子逐渐长大，表面的凹凸变得渐渐平展（2～5)。叶子浮出水面后，大约1周就能完全展开（图片上标注的日期仅为粗略的日期）。

高耸入云天

目前世界上公认的最大生物，是一株被称为“谢尔曼将军树”的巨杉。巨杉是生活在美国加利福尼亚州的一种针叶树，有“世界爷”的别称。谢尔曼将军树高83.8米，底部最大直径达11.1米，树干体积1486.6立方米，大概与2万名成人（体重为70千克左右）的体积之和相当。

这些“巨人”是如何从地面吸收水分并将其运输到树梢的呢？众所周知，包括人类在内，动物都是通过生命之泵—心脏来输送能量的。植物虽然没有心脏那样的泵，却能巧妙地利用水分子的特性，通过叶子向上运输水分。日本东京大学的种子田春彦助教介绍说：“将树木根部吸收的水提升到树梢，需要非常强大的动力。将树木导管内的水输送到100多米高的树梢，所需要的力量足够把水提升到200米高。”

其实，世界上最高的树木—红杉，同样也分布于美国西海岸。2006年，科学家在这里发现了世界第一高树，高达115.6米，直刺青天。研究认为，这一地区很少刮飓风，树木基本不会受到风暴的影响，因此才有机会发育成超高的参天大树。

一棵树只要还活着，即便不再长高，也会一直不停地长粗，不愧是“生命不息，长粗不止”！如今，谢尔曼将军树的体积每年都会增大1立方米左右，这个数字看起来不起眼，却相当于一棵底部最大直径40厘米、高20米（约7层楼）的杉树的体积。

（本文发表于《科学世界》2013年第12期）