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植物的新陳代謝通 常在入秋後都會紛紛落葉,因為葉子表面有很多氣孔,會蒸發掉大量的水份,葉子一落,就可以減少大量水份的消耗。常綠樹如松樹、柏樹等,因為它們的葉子是針 狀葉,本來就很細小,消耗的水份有限,所以大都不落葉。另外像冬青,葉子是橢圓形,雖比松樹、柏樹的葉子大的多,但由於它的葉子表面有很厚的蠟層,水份的 蒸發並不嚴重,所以一到冬天,都不大落葉。
早在40年代,科學家們就認為衰老是有性生殖耗盡植物營養所引起的。不少試驗都指出,把植物的花和果實去掉,就可以延遲或阻止葉子的衰老,但問題並不是那麼簡單,許多植物葉片的衰老發生在開花結實以前,比如雌雄異株的菠菜的雄花形成時,葉子已經開始衰老了。
隨著研究工作的逐步深入,現在知道,在葉片衰老過程中蛋白質含量顯著下降,RNA含量也下降,葉片的光合作用能力降低。在電子顯微鏡下可以看到,葉片衰老時葉綠體被破壞。這些生理變化和細胞學的變化過程就是衰老的基礎,葉片衰老的最終結果就是落葉。
從形態解剖學角度研究發現,落葉跟緊靠葉柄基部的特殊結構——離層有關。在顯微鏡下可以觀察到離層的薄壁細胞比周圍的細胞要小,在葉片衰老過程中,離層及其臨近細胞中的果膠酶和纖維素酶活性增加,結果使整個細胞溶解,形成了一個自然的斷裂面。但葉柄 中的維管束細胞不溶解,因此衰老死亡的葉子還附著在枝條上。不過這些維管束非常纖細,秋風一吹,它便抵擋不住,斷了筋骨,整個葉片便搖搖晃晃地墜向地面。
說到這裡,你也許要問,為什麼落葉多發生在秋天而不是春天或夏天呢?
其實,深秋時節,大多數的梧桐葉已落盡,而靠近路燈的樹上,卻總還有一些綠葉在寒風中艱難地挺立著。因此我們可以得出這樣的結論,影響植物落葉的條件是光而不是溫度。實驗證明,增加光照可以延緩葉片的衰老和脫落,而且用紅光照射效果特別明顯;反過來縮短光照時間則可以促進落葉。夏季一過,秋天來臨,日照逐漸變短,是它在提醒植株——冬天來了。樹葉的細胞含有葉綠素,這種化學物質讓細胞能吸收陽光,並利用吸收到的能源製造養分。每年都會脫落樹葉的樹 木稱為落葉性木本植物,它們透過一種複雜,且消耗大量能源的過程脫落葉子,這個過程稱為脫離。秋季來臨時,由於日 照時間縮短和溫度的變化,樹葉會停止製造葉綠素,葉子中剩餘的養分會被輸送到樹幹和樹根中儲存。因為葉綠素是綠色的,在停止製造葉綠素之後,樹葉中的其他 化 學色素就會顯露出來,如黃色和橘色等,所以樹葉會在此時變色。當糖分留存在樹葉中時,就會出現紅色和紫色。同時,在葉梗部位的細胞會開始形成軟木膜,稱為 分離層。等到所有的養分都離開樹葉後,分離層中的細胞會自行消化,而由於樹葉已經和樹幹隔離,所以待附著力消失後就會掉落。
經過艱苦的努力,科學家們找到了能控制葉子脫落的化學物質。它就是脫落酸,脫落酸能明顯地促進落葉,這在生產上具有重要意義,在棉花的機械化收割中,碎葉片和苞片摻進棉花後嚴重影響了棉花的品質,因此在收割以前,人們先用脫落酸進行噴灑,讓葉片和苞片完全脫落,保證了棉花的品質。還有一些激素的作用正好相反,赤黴素和細胞分裂素則能延緩葉片的衰老和脫落。