植物對(duì)周圍環(huán)境的反應(yīng)，最奇妙的莫過于它的生長(zhǎng)方向，比如從一粒小小的植物種子萌發(fā)開始，它就知道根應(yīng)該往地下生長(zhǎng)，而莖干則伸向天空。這是一個(gè)極為普通的現(xiàn)象，然而植物為什么要這樣呢?它是怎樣懂得“上”和“下”的概念呢?又是由什么力量促使它選擇根朝下、莖朝上的生長(zhǎng)方向呢?怎樣解釋這種生理機(jī)制?對(duì)此懷著強(qiáng)烈的興趣。

科學(xué)家們首先想到的是重力，他們從物理學(xué)想到，地球的引力一定是影響植物生長(zhǎng)方向的重要因素。當(dāng)時(shí)，進(jìn)化論的鼻祖達(dá)爾文曾觀察到，植物的芽和根在改變生長(zhǎng)方向時(shí)，各部分細(xì)胞的生長(zhǎng)速度不同，但這一切又是由誰來決定的呢?達(dá)爾文無法做出更進(jìn)一步的解釋。

到1926年，美國植物生理學(xué)家弗里茨·溫特，做了一個(gè)這樣的實(shí)驗(yàn)。他使植物的胚芽鞘一面受光照，另一面對(duì)著無光的黑暗處;結(jié)果胚芽鞘的生長(zhǎng)發(fā)生了有趣的變化，漸漸朝著有光的方向彎曲。后來溫特從胚芽鞘中分離出一種化合物——植物生長(zhǎng)素，它具有促使植物生長(zhǎng)的功能。當(dāng)胚芽鞘受到光照時(shí)，生長(zhǎng)素就聚集到遮蔭的一側(cè)，而生長(zhǎng)素的積累使遮蔭部分生長(zhǎng)加快，受光部分則由于缺少生長(zhǎng)素而生長(zhǎng)較慢，結(jié)果導(dǎo)致彎曲發(fā)生。于是溫特認(rèn)為，植物莖或葉片的彎曲是由于生長(zhǎng)素在組織內(nèi)的不對(duì)稱分布而靠成的。當(dāng)植物受到重力刺激時(shí)，在植物組織下部的生長(zhǎng)素含量會(huì)大大增加，于是就使植物的根朝下生長(zhǎng)，而莖則朝上生長(zhǎng)了。

自從溫特發(fā)現(xiàn)植物生長(zhǎng)素的秘密后，很多科學(xué)家投入到這一研究領(lǐng)域。他們發(fā)現(xiàn)，植物根總是朝著地心引力的方向生長(zhǎng)，這同樣通過生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在根細(xì)胞里不同的分布來實(shí)現(xiàn)，于是這些學(xué)者們提出，也許有一種被稱為“平衡面”的重力感應(yīng)物流向根細(xì)胞的底部，從而影響生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在細(xì)胞中的分布。水平放置的根，其上面比下面生長(zhǎng)快，致使根向下生長(zhǎng)，可是這種“平衡面”究竟屬于何物?又是如何起作用的呢?學(xué)者們一時(shí)無法知曉。

不久前，美國俄亥俄州立大學(xué)的植物學(xué)家邁克爾·埃文斯以及他的同事，提出了一個(gè)嶄新的理論：無機(jī)鈣對(duì)于植物的生長(zhǎng)方向起著舉足輕重的作用。因?yàn)樗麄冊(cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，植物的彎曲生長(zhǎng)過程中，無論是根冠下側(cè)部位還是芽的上側(cè)部位，都存在著高含量的無機(jī)鈣那么無機(jī)鈣又是如何使植物辯別方向的呢?埃文期解釋說，因?yàn)楦谟兄鴺O為豐富的含淀粉體的細(xì)胞，而淀粉體是一種貯存淀粉和大量無機(jī)鈣的大莢膜，在重力的作用下，淀粉體就會(huì)把其內(nèi)部的鈣送到根冠下側(cè)。這時(shí)，如果用特殊的實(shí)驗(yàn)手段去阻止鈣的移動(dòng)，植物馬上就會(huì)表現(xiàn)不按正常的方式去生長(zhǎng)。同樣，植物的芽雖然沒有冠部，但也含有豐富的淀粉體，淀粉體也能將其內(nèi)部的無機(jī)鈣送到上側(cè)的細(xì)胞中，這顯然說明，無機(jī)鈣對(duì)植物生長(zhǎng)方向有著不可忽視的重要作用。

那么，即然淀粉體內(nèi)有許多無機(jī)鈣，而無機(jī)鈣又能在植物體內(nèi)來去自如，除了重力之外，又是哪一種力量使無機(jī)鈣如此方便地上下移動(dòng)呢?最近，美國德克薩斯州立大學(xué)的研究人員斯坦利·魯，在研究中發(fā)現(xiàn)，這是由于細(xì)胞的上端和下端之間的電荷不同，兩端電荷的不一致引起細(xì)胞極化。結(jié)果，為數(shù)眾多被極化的細(xì)胞排列在一起，總電荷就強(qiáng)到足夠吸引任何相反電荷的鈣原子，驅(qū)使它們?cè)隗w內(nèi)移動(dòng)。

于是斯坦利·魯提出，由于細(xì)胞的極性帶動(dòng)鈣的移動(dòng)，從而導(dǎo)致植物莖干總是向上生長(zhǎng)，而根則朝地下生長(zhǎng)。

目前科學(xué)家們的研究和爭(zhēng)論不在繼續(xù)，看來由推控制植物生長(zhǎng)方向依然是一個(gè)有待于探索的謎。