植物對(duì)周圍環(huán)境的反應(yīng)，最奇妙的莫過(guò)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，然而植物為什么會(huì)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？

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)，著名的英國(guó)生物學(xué)家、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，但這又是由什么來(lái)決定的呢？達(dá)爾文無(wú)法做更進(jìn)一步的解釋。

到1926年，美國(guó)植物生理學(xué)家弗里茨·溫特，做了一個(gè)頗能說(shuō)明問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)。他使植物的胚芽鞘一面受光照，另一面對(duì)著無(wú)光的黑暗處；結(jié)果胚芽鞘的生長(zhǎng)發(fā)生了有趣的變化，漸漸地朝著有光的方向彎曲，后來(lái)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。胚牙鞘受到遮蔭部分生長(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，植物的莖或葉片的彎曲是由于生長(zhǎng)素在組織內(nèi)的不對(duì)稱分布造成的。當(dāng)植物受到策略刺激時(shí)，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)，這同樣是通過(guò)生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在根細(xì)胞里不同的分布來(lái)實(shí)現(xiàn)的，于是這些學(xué)者們提出，也許有一種被稱為“平衡面”的策略感應(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(wú)法知曉。

不久之前，美國(guó)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。他們認(rèn)為，無(wú)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)，在植物的彎曲生長(zhǎng)過(guò)程中，無(wú)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(wú)機(jī)鈣。那么無(wú)機(jī)鈣又是如何使植物辨別方向的呢？埃文斯解釋說(shuō)，因?yàn)楦谟兄鴺O為豐富的含淀粉體的細(xì)胞，而淀粉體就會(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)出不按正常的方式去生長(zhǎng)。同樣，植物的芽雖然沒(méi)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(wú)機(jī)鈣送到上側(cè)的細(xì)胞中，這顯然說(shuō)明，無(wú)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，既然淀粉體內(nèi)有許多無(wú)機(jī)鈣，而無(wú)機(jī)鈣又能在植物體內(nèi)來(lái)去自如，除了重力之外，又是哪一種力量使無(wú)機(jī)鈣如此方便地上下移動(dòng)呢？最近，美國(guó)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)得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)。

由誰(shuí)控制植物生長(zhǎng)方向的研究課題已日趨深入，這種神奇的力量取決于什么，是植物生長(zhǎng)素還是無(wú)機(jī)鈣，是細(xì)胞的極性還是數(shù)者兼有之？目前依然有待于更進(jìn)一步的探索。