植物種子傳播的物理原理探討①

(甘肅省徽縣第四中學(xué)，甘肅 隴南 742399)

1 引言

自然界植物的進(jìn)化有著無窮的奧秘，植物種子傳播方式的奇妙也令人驚嘆，下面就植物種子傳播方式的物理原理做一探討，以拋磚引玉。

2 植物傳播種子的物理原理探微

2.1 依靠彈力

(1) 形態(tài)特征

一些植物種子為外表光滑的球形或鐵餅形等，如黃豆、紫藤、鳳仙花等，種子外莢一般由較厚、較硬、植物纖維較密的兩片緊扣在一起而成，種子被緊緊夾在外莢中間，如豌豆角。

(2) 物理原理

當(dāng)植物種子成熟以后，種子的外莢在太陽光照下變干收縮，當(dāng)外莢干縮到一定程度就突然爆裂，給種子施加一個彈力，把種子向外拋出去，并發(fā)出“啪啪”的響聲，加之種子是光滑球形或鐵餅形，在空氣中運動時所受阻力較小，且有的種子(如紫藤的種子像紐扣，一面凸起，一面平直)運動形成的氣旋給種子一個向上的升力，最大限度地讓種子飛出更遠(yuǎn)的距離，此類種子主要依靠彈力把種子向遠(yuǎn)處傳播。

2.2 依靠壓強和拉力

(1) 形態(tài)特征

一些種子的外殼為標(biāo)槍形、橄欖球形或球形等，標(biāo)槍形的種子外端像針尖一樣且有倒鉤，其他形狀的外殼上長滿許多帶有倒鉤刺的針尖毛(如蒼耳、牛蒡子等)。

(2) 物理原理

在種子成熟期，人或動物觸碰到此類種子外殼時，由于外殼上所長針尖毛很尖，壓強就很大，所以很容易扎入毛皮或衣物之中，加之倒鉤的作用，種子很難脫落，于是種子隨著人或其他動物被帶走，傳到不同的地方，此類種子傳播依靠的就是壓強大、拉力大。

2.3 依靠浮力

(1) 形態(tài)特征

有的種子在空氣中能夠飄浮，其種子的外殼長滿絮狀物，有的像小棉花團(tuán)(如楊樹、柳樹等)，有的像傘狀(如蒲公英等)。有的種子在水中能夠漂浮，其種子被腔體包裹，腔體是外殼堅硬且像小船一樣的腔囊，腔囊?guī)еN子能隨水漂移(如蓮蓬、椰子果等)。

(2) 物理原理

這些種子分別依靠空氣或水的浮力傳播種子。絮狀物很輕且密度小，它使種子在空氣中飄浮，并隨風(fēng)飄蕩，把種子傳向遠(yuǎn)方。空腔體使種子在水中漂浮且不被泡爛，隨水流運動，把種子帶到遠(yuǎn)方。

2.4 依靠較大的承壓能力

(1) 形態(tài)特征

有的種子外殼堅硬，殼外由顏色艷麗、味道香甜可口的果肉所包裹(如桃子、櫻桃、葡萄等)。

(2) 物理原理

可口鮮美的果肉吸引鳥類或其他動物食用、搬運果實，有些果實就會被連同種子吃下，由于果殼堅硬不能被消化，種子就隨糞便排到不同的地方。這種動物搬運、隨動物糞便排出傳播的方式靠的就是種子外殼堅硬能承受較大的壓力，不易破裂，間接使種子得到傳播。

2.5 依靠摩擦力

(1) 形態(tài)特征

有的種子外形為鐵餅形或球形等，外殼油光易滑動或滾動(如胡麻、菜籽、花椒、谷子、糜子等)。

(2) 物理原理

光滑的種子外殼使種子易于滑動或滾動，讓種子容易滑脫或滾遠(yuǎn)，這類種子靠減小摩擦力去向遠(yuǎn)處傳播。

2.6 依靠風(fēng)力

(1) 形態(tài)特征

有的種子的外殼上長有羽翅(如榆樹、椿樹、楓樹、槭樹等)，種子一般為球形、圓餅形或橢圓餅形，夾在羽翅當(dāng)中。

(2) 物理原理

種子成熟后脫離樹枝飄飛在空氣中像小飛機一樣滑翔，這是因為種子羽翅兩側(cè)的空氣流速并不一樣，依據(jù)貝努利原理，空氣流速大的地方大氣壓強小，空氣流速小的地方大氣壓強大，羽翅兩側(cè)受到的壓力不同，這個壓力差就給種子提供了向上的升力，再加上風(fēng)吹的力量，使得種子在空氣中飄飛、翻轉(zhuǎn)和滑翔，把種子傳播到不同的地方。

2.7 依靠液體壓強

(1) 形態(tài)特征

以噴瓜為例，它為一年生攀緣草本，原產(chǎn)歐洲南部，果實為長圓形或卵狀長圓形，長約4-5cm、寬約1.5-2.5cm、粗糙、有黃褐色短剛毛、兩端鈍，種子為褐色或近黑色，長約4mm。

(2) 物理原理

噴瓜成熟后，生長著種子的多漿質(zhì)的組織變成粘性液體，擠滿果實內(nèi)部，液體壓強不斷增大，遠(yuǎn)高于大氣壓，給果皮施加一個很大的壓力，使果皮膨脹，當(dāng)果實從果梗脫落后，果皮收縮將種子和果液同時從基部洞口噴射而出，把種子送到遠(yuǎn)處。這種傳播方式的物理原理是：液體壓強越大，給容器壁施加的壓力就越大，當(dāng)突然打開容器口時，容器壁收縮，容器內(nèi)高壓液體就被噴出很遠(yuǎn)。

3 結(jié)語

物理與生物密不可分，從聲、光、熱、電和放射線的應(yīng)用到顯微鏡、X光機、同位素示蹤、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，無不展示著物理學(xué)的光芒，閃現(xiàn)著學(xué)科交叉碰撞出的火花。1944年物理學(xué)家薛定諤在《生命是什么？——活細(xì)胞的物理面貌》一書中提出了遺傳密碼的概念,試圖用量子力學(xué)去解釋生命的本質(zhì)。這喚起許多物理學(xué)家去關(guān)注生命現(xiàn)象，引導(dǎo)人們用物理學(xué)的思想方法和理論體系去研究生命規(guī)律，從而使生命科學(xué)蓬勃發(fā)展。今天，人類已向人工智能方向邁進(jìn)，可以預(yù)見，任何單一學(xué)科是不可能擔(dān)當(dāng)如此重任的，物理學(xué)、生物學(xué)和其他學(xué)科聯(lián)合協(xié)同定能發(fā)揮巨大威力！因此，讓青少年學(xué)生樹立合作探究和學(xué)科融合的意識非常重要，筆者對植物種子傳播方式的物理原理進(jìn)行了探討，目的就是用物理學(xué)原理對身邊生活中的生物現(xiàn)象做出解釋，引導(dǎo)學(xué)生樹立學(xué)科交叉和拓展的意識，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。