为什么植物的茎都是圆形的,是自然选择的结果吗?

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植物茎的形态多种多样,先不说变态茎,就说常规的茎,当然是以圆柱状居多,但并不是所有的茎都是圆柱状。比如莎草的茎就是三棱柱状,益母草、夏枯草、地笋、紫苏、芝麻的茎是钝四棱柱状,有些还存在凹槽。

另外,茎还有各种变态。茎的变态指茎在形态结构上发生一定变化,以适应不同的功能。茎变态分为地上茎的变态(茎刺、茎卷须、叶状茎、小鳞茎和小块茎等)和地下茎的变态(根状茎、块茎、鳞茎和球茎)两种类型。

地上茎的变态主要有五种

  1. 茎刺:茎转变为刺,称为茎刺或枝刺,位置常在叶腋。如山楂、酸橙的单刺,皂荚的分枝的刺。
  2. 茎卷须:攀缘植物的茎变成卷须,称茎卷须或枝卷须。茎卷须的位置或与花枝的位置相当(如葡萄),或生于叶腋(如南瓜、黄瓜)。
  3. 叶状茎(也称叶状枝):茎转变成叶状,扁平,呈绿色,能进行光合作用,称为叶状茎。如假叶树、竹节蓼。
  4. 小鳞茎:蒜的花间,常生小球体,具肥厚的小鳞片,称为小鱗茎,也称珠芽。小鳞茎脱落后,在适合条件下发育成一新植株。卷丹地上枝的叶腋内,也常形成紫色的小鳞茎。
  5. 小块茎:薯蓣(山药)、秋海棠的腋芽,常成肉质小球,但不具鱗片,类似块茎,称为小块茎。

茎一般皆生在地上,生在地下的茎与根相似,但由于仍具茎的特征(有叶,节和节间,叶一般退化成鳞片,脱落后留有叶痕,叶腋内有腋芽)因此容易和根加以区别。常见的地下茎有四种

  1. 根状茎,简称根茎:即横卧地下,较长,有顶芽和明显的节与节间,节上有退化的鳞片状叶,叶腋有腋芽,可发育出地下茎的分枝或地上茎,节上有不定根。如竹、莲、芦苇、狗牙根、白茅、马兰等,都有根状茎。
  2. 块茎:为粗壮的肉质地下茎,形状不规则,有顶芽和缩短的节与节间,叶退化成鳞片状,脱落后留下叶痕,叶痕的内侧有芽眼,内有腋芽。如菊芋( 洋姜)、甘露子。
  3. 鳞茎:由许多肥厚的肉质鳞叶包围的扁平或圆盘状的地下茎,节间极度缩短,顶端一个顶芽,称为鳞茎。常见的植物中具有鳞茎的如百合、洋葱、蒜等。
  4. 球茎:球状的地下茎,球茎有明显的节和节间,节上具褐色膜状物,即鱗叶,为退化变形的叶。如荸荠、慈菇、芋等。

茎呈现什么样的的形态,涉及到发育相关的内容。与根一样,茎的顶端分生组织中的初生分生组织所衍生的细胞,经过分裂、生长、分化形成初生组织,由初生组织组成了茎的初生结构。茎侧生分生组织的细胞分裂、生长和分化的活动使茎加粗,叫次生生长,形成的次生组织组(包括维管形成层和木栓形成层)成了次生结构

组织原学说认为,被子植物的茎端是由三个组织区(表皮、皮层、维管柱)的前身,即组织原形成的,每一个组织原来源于一个或一群原始细胞。原套 – 原体学说认为茎的顶端分生组织原始区域包括原套和原体两部分,组成原套的一层或几层细胞只进行垂周分裂(径向分裂),保护表面生长的连续进行;组成原体的多层细胞进行着平周分裂(切向分裂)和各个方向的分裂,连续地增加体积,使茎端加大。

根和茎是辐射对称,而叶片是两侧对称,存在极性。至于茎为什么会出现棱,为什么有的植物茎是圆的有的有棱,有的三个棱有的四个棱,还不是很清楚。叶片中同一群细胞的后代沿着近远轴、基顶轴、背腹轴并不是均匀分布的。不均匀分布的原因,可能是细胞的不对称分裂、不对称生长。

主要参考文献

叶创兴,朱念德,廖文波,刘蔚秋,冯虎元.植物学(第 2 版):高等教育出版社,2014

徐麟.植物器官发生.中科院上海植物生理生态研究所室课件,2016

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