缠绕植物茎的缠绕方向性及其原因探究

人教版八年级物理课本上的“右手螺旋定则”一节中提到：牵牛花缠绕的茎缠绕方向与右手螺旋定则是一致的，要满足右手螺旋定则，四指弯向它的缠绕方向，则大拇指的指向就是它的生长方向。那么，植物茎的缠绕方向有何特性？其原因又是什么呢？

为了寻找答案，我对下列几个问题进行了探究。

自然界中缠绕植物的茎和攀缘植物的卷须，它们的缠绕方向和生长方向有什么关系？

我们在日常生活中常常见到一些参天大树，这些树之所以高大，就是因为这些植物的一种器官——茎很发达的缘故，一般乔木类植物都是这种茎。我们把这种背地面而生的茎叫作直立茎。然而，植物并不都是直立、高大的，有些植物的茎细长而柔软，不能直立只能缠绕在其他物体上向上生长，这种茎叫作缠绕茎，如牵牛花、金银花的茎。另外，还有一些植物如黄瓜、葡萄等，它们的茎虽然也是细长柔软的，但它们既不能直立生长，也不能缠绕到别的物体上，可是它们却可以借助茎上生长的卷须盘卷在别的物体上，从而向高处生长，这种茎叫作攀缘茎。上面我们所谈的茎都起着连接根和叶的桥梁作用，在根和叶之间不停地传送着营养物质。

大家都知道，植物的叶子有“向光性运动”，植物的茎总是向上生长有“负向地性运动”，以便得到阳光而进行光合作用；根总是向下生长有“向地性运动”，以便得到水和肥料。植物的向光、向地和负向地性等运动，统称为“向性运动”。植物之所以会产生向性运动，主要是生长素作用的结果。攀缘植物的卷须和缠绕茎，在接触支撑物的一面生长素含量少，生长较慢；而另一面含生长素多，生长较快，因此它们就螺旋式地缠绕在支撑物上。

由此我观察到：若把牵牛花的茎以向右旋的方式缠绕在支架上，则很快就会自行脱落；若绕的方向与其习性相同，则会缠得更紧，顺利向上攀缘，生长发育良好。

通过上述分析，我展开了思考：不同植物的旋转方向会不会不同呢？

历史上，达尔文、华莱士等大博物学家、生物学家都观察研究过攀緣植物的习性。达尔文专门写过《攀缘植物的运动和习性》一书，书中描述了42种攀缘植物，其中11种是左旋的，如牵牛花、扁豆、马兜铃、山药等植物的茎向左旋转缠绕而上，其缠绕方向为逆时针方向，即它们的缠绕方向和生长方向有右手性的规律；有些植物如金银花、菟丝花、鸡血藤等始终向右旋转，其缠绕方向为顺时针方向，即它们的缠绕方向和生长方向有左手性的规律；而何首乌却是“随心所欲”地旋转生长，有时左旋，有时右旋，也就是说它的缠绕方向和生长方向是不固定的。

在查阅资料的过程中，我渐渐意识到，植物的不同旋转方向和地理位置有关，于是接着探究了第三个问题。

缠绕植物的茎的缠绕方向和生长方向在南北半球有什么不同？

通过观察和查阅相关资料，我们很容易得知，大部分情况下，在北半球，形成的螺旋沿着逆时针方向旋转，在南半球，形成的螺旋沿着顺时针方向旋转。

科学家最新研究表明，植物旋转缠绕的方向特性，是它们各自的祖先遗传下来的本能。亿万年以前，有两种攀缘植物的始祖，一种生长在南半球，一种生长在北半球。为了获得更多的阳光和空间，以便生长发育得更好，它们茎的顶端就随时朝向东升西落的太阳。这样，生长在南半球的植物的茎向右旋转，生长在北半球的植物的茎则向左旋转。经过漫长的适应、进化过程，它们便逐步形成了旋转缠绕的固定方向。之后，它们虽被移植到不同的地理位置，但其旋转缠绕的方向却被遗传下来而且固定不变，植物这种固有的盘旋方向是由它们的基因决定的。那么，又是什么因素影响了它们的基因呢？

植物的发源地是北半球还是南半球决定它们生长过程中盘旋的方向。经过千百万年的繁衍，这种特性在遗传基因中被固定了下来，甚至后来把它移植到另一个地方也很难改变。

还有就是植物的“喜光性”。植物都有追逐阳光的习性，比如一棵大树，向着阳光的一面肯定长得茂盛。太阳在转动，藤蔓植物也就随着太阳转动，越长越长，就绕成一个螺旋形了，一般南北半球的植物绕向是正好相反的。而起源于赤道附近的攀缘植物，由于太阳当空，它们就不需要随太阳转动，因而其缠绕方向没有固定，可随意旋转缠绕。

随后我进行了科学观察：站在葡萄架下，乍一看，我以为葡萄的枝条和卷须互相纠缠着，杂乱无章。但是仔细一看，发现枝茎上的一条条卷须都是螺旋形的，它们巧妙地将叶子长在朝着阳光的位置上，让其充分进行光合作用。螺旋形的卷须啊，扶叶递光，有条不紊。还有就是向日葵，这是最典型的喜光性植物，它的花总是向着太阳盛开。