科学之美 显微镜下的植物科林·索尔特北京大学出版社9787301317488童书

本书是“科学之美”系列的第二本，上一本《科学之美·显微镜下的人体》利用现代技术，展示出一般人很少能见到的*为精彩的人体微观图像。同样是利用显微摄影技术，本书展示了显微镜下美丽的种子、花粉、子实体、木和叶、蔬菜、花、果实的细节，给读者展现了奇妙的植物和真菌的微观世界。

科林·索尔特（Colin Salter），英国著名科学、历史专栏作家，著有《你所需要知道的发明》《海洋腹足纲软体动物的私人生活》《钱伯斯传记词典·科学家条目》等图书。

序言 7
药用植物—食用植物—植物的视角—播种—光学显微技术—电子显微技术
显微镜下的种子 11
野花和禾草的种子集锦—芥子—多型苜蓿的刺果—种子正在发育的罂粟子房—玉米的种子—罂粟的果实—玻璃苣的种子—仙人掌类的种子—琉璃繁缕的蒴果—酢浆草的种子—繁缕的种子—麻风树油—蕨类的孢子囊—花菱草的种子—黑种草的种子—榆树的种子—荠菜的果荚—毛地黄的种子表面—野胡萝卜的种子—北美红杉的种子—山庭荠种子的毛—木贼的孢子囊穗—木贼的孢子—萌发的种子—埃及棉的纤维—蒲公英的冠毛
显微镜下的花粉 47
单子叶植物和双子叶植物花粉的集锦—亚洲百合的柱头细节—百合的花粉—在罂粟柱头上萌发的花粉粒—向日葵的传粉—牵牛花的花粉—花粉粒—天竺葵的花粉—秋狮苣的花粉—香茅天竺葵的花瓣和花粉粒—耧斗菜的花粉粒—木瓜的花粉—还阳参的花粉—月见草的花粉—非洲堇的花粉管—百合的花药—雏菊的花粉—龙钟花的花粉—油点草的花粉—蜜蜂的腿—嘉兰的花粉—有花粉粒的荆豆柱头—薰衣草的花粉粒—鸢尾的花粉—茄子的花粉粒
显微镜下的子实体 79
鳞伞的孢子—面包霉的分生孢子—黏菌的石灰质结晶—黏菌的孢子—毛头鬼伞的孢子—黑曲霉—烟曲霉—松露—皮肤癣菌—马勃的孢子—蝴蝶翅膀的鳞片和孢子—白粉菌—锈菌的孢子—蘑菇的褶帽—鸟巢菌
显微镜下的木和叶 99
落叶松的木材—榆树的茎—澳洲朱蕉的茎—北美红杉的木质部—樟树叶的表面—油橄榄叶的鳞片—玉兰木—槐叶?O—落叶松的年轮—红栎的叶—西洋接骨木的叶表—一种巴西藤类—日本扁柏的茎—松针—化石木—桐叶槭的茎—藓类的叶—泥炭藓—滨草的叶—毛被—花烟草的叶—大麻叶的毛被
显微镜下的花 127
欧洲油菜的花瓣—鸢尾的花芽—西*莲的花芽—新疆白芥的花瓣—鸡屎藤的花—钝叶车轴草—月季的花瓣—月季花瓣的香味细胞—兰花的花瓣—水薄荷花的细胞—缬草的花瓣—茄子的花瓣—繁缕花的雌蕊—香叶天竺葵的叶—哨兵峰双距花—月季的雌蕊—玫瑰茄花的传粉—毛茛花的雌蕊—向日葵的胚珠—三色堇的花瓣—蔓长春花的花瓣表面—花的心皮—毛茛根的横切面—毛地黄的生殖器官—桂竹香的花芽
显微镜下的蔬菜 159
马铃薯的淀粉粒—洋葱鳞茎的表皮细胞—菜椒的叶—花椰菜的花序—芹菜的茎—野胡萝卜的种子—*薯的根—马铃薯叶的横切面—植物细胞的有丝分裂—蚕豆的幼根—豌豆的茎—豌豆细胞中的叶绿体—洋葱组织中的草酸钙晶体—菜豆—大豆—甘蓝根部的感染
显微镜下的果实 181
苹果树上的真菌—凤梨的叶—白葡萄—马芹的果实—梨中的石细胞—草莓—*茄—苹果梗
中外文对照表 190
图片来源 193

本书是“科学之美”系列的第二本，上一本《科学之美·显微镜下的人体》利用现代技术，展示出一般人很少能见到的*为精彩的人体微观图像。同样是利用显微摄影技术，本书展示了显微镜下美丽的种子、花粉、子实体、木和叶、蔬菜、花、果实的细节，给读者展现了奇妙的植物和真菌的微观世界。

科林·索尔特（Colin Salter），英国著名科学、历史专栏作家，著有《你所需要知道的发明》《海洋腹足纲软体动物的私人生活》《钱伯斯传记词典·科学家条目》等图书。

在这套丛书的另外两册《科学之美· 显微镜下的人体》和《科学之美· 显微镜下的疾病与医学》中，我们已经通过精致的细节看到了人体的运作机理、可能出的毛病和让其恢复正常的方法。我们就寓于如此高度复杂的“机器”中。人体自我维持和修复的能力令人惊叹；而在我们的身体自己解决不了问题时，我们的医学专业展现出了让人称奇的治疗本领。
在本书中，我们转而关注植物世界。这个世界里栖息的生物与我们非常不同，但同样精致复杂。我们要打量的不再是单独一个种—— 智人Homo sapiens，而将是25 万多个种；多亏了它们，我们才能存在。在我们人类诞生之前，这些植物就已存在。成片的史前森林从大气中吸收碳，让空气适合我们人类和其他种类的动物呼吸，从而能让人类演化出现在这个样子。植物调节着我们的环境，也调节着它们自己的环境。有了植物，这个世界便处在平衡之中；而不管是本地的湿地还是遥远的雨林，如果我们毁灭了植物的生境，我们自己也将处于危险的境地。
植物带给我们的不只是我们呼吸的空气。通过一次次试错，或者也可能通过本能，我们的祖先发现了哪些植物好吃，哪些植物可以治疗疾病，哪些植物能够用于构建庇护场所、纺织或有其他用处。澳洲朱蕉又长又宽的叶子是铺设房顶的好材料，有些地方的文明也用它们来纺织，制成仪式服装。凤梨带刺的叶子曾用于造纸，而马来半岛的省藤属Calamus 棕榈藤的茎更是有多种用途，既可以用于体罚，又可以制作家具。药用植物
在“科学之美”丛书的另外两册中，我们谈到了植物的医药用途。很多动物在生病时，凭本能可以知道要吃什么植物治病。毫无疑问，人类在演化过程中也具有同样“不假思索”的本能。植物是早的“药房”，草药疗法也是早的医学；从史前时代开始，一直到19世纪，它都是医疗的主要方法。
现代世界的医药工业所开发的药物，已经远远超越了草药柜里的东西。大多数现代药物是人工合成的，但是仍有一些在传统医学中使用的植物，化学分析表明，其中所含的化合物非常适合于治疗它们传统上用来治疗的那些疾病。为人熟知的例子是阿司匹林，这种消炎药就衍生自柳树叶和树皮中的化合物。低矮的蒲公英所含的药用物质已知可以降血压和消炎，还可以起到利尿作用。如今正有一些研究，想要确定蒲公英在抑制肿瘤细胞生长、减缓阿尔茨海默病发展方面的功效。
如今，植物药大多仍然只在边缘的传统医术中发挥作用。产值以十亿美元计的医药公司对促进植物制剂的应用毫无兴趣；比起这些公司自己的产品来，获取植物制剂更为容易，也比较便宜。科学时代的社会压力也让人们不会考虑用植物药来治疗。比如人们认为出于消遣或振奋精神使用大麻的行为应受刑罚，这便妨碍了有关其药用价值的研究。然而，已有证据表明，大麻能够有效地缓解疼痛、恶心以及多发性硬化之类的神经系统疾病。

食用植物
我们今天所吃的水果、蔬菜和谷物，都是数千年驯化的产物—— 农民们不再只是从野外采集植物，而是把种子成列播下，然后挑选出其中个头、适合食用的品系，再把不同品系相互杂交，获得更高产量。如今，为了获取更高产量，我们又有了基因修饰（转基因）植物。转基因仍是一种有争议的技术，物种本来是天然演化出来的，需要经历成千上万年，但现在人类在“扮演上帝”，迅速创造着新物种。不过，虽然我们还不完全清楚把这些造物释放到环境中会造成什么样的后果，但它们确实是对我们需求的回应。随着全世界人口的增长我们人类占据了越来越多的地表空间，农业用地也越来越少。我们需要更多食物，但用来种植农作物的土地却更少了。因此，我们的农田、果园和大棚都必须变得更为高产。也许是对引进转基因作物的回应，“自己种植”运动正在复兴：有人在厨房窗台上栽种芳香植物，也有人见缝插针，在废弃的城市用地上开辟菜园。如果你没法自己种植，去野外采集也是另一种越来越流行的做法。一旦你自信能把可食用的野生植物鉴定出来，那么它们就在那里等着你去采摘——当然，首先，你采摘的得是不受法律保护的植物；其次，你得非常确定你采的是真正的美味，比如说野胡萝卜Daucuscarota，而不是与它非常相似却有毒性、能致死的毒参
Conium maculatum。

植物的视角
不管是当成饭食、药物还是工业原料，我们人类都要大大感谢植物的赐予。除了这些实用的用途外，我们还会纯粹为了植物的美感，而试着在花园中驯化它们。但是，也请从植物的视角来打量它们吧。它们有用和迷人的特性其实都不是为了我们人类的利益。植物和所有生物一样，在演化的时候只“考虑”过两件事：自己活下去，以及让它所属的物种永远活下去。这本书赞颂的正是植物解决这双重生存问题的方法。
大多数植物因为有根和叶，而能让自己活下去。根从它们所生长的土壤中汲取水分和一些营养，对于满江红之类的植物来说，则是从它们所漂浮的水体中吸收水分和营养。从根开始，有一个由细胞构成的特殊管道系统，把水向上运送到需要它的地方。对于像蒲公英这样低矮的植物来说，这个系统似乎还不见得有多厉害——但是请想一下北美红杉吧，为了把水输送到它的枝条，它需要把水垂直提升380 英尺（约115.8 米）。植物还必须给叶提供营养，这样它们才能发挥功能，保证植物的健康和生长。叶含有叶绿体，它们是非凡的结构单元，可以进行光合作用。通过光合作用，植物利用阳光来从空气中提取碳，把它转化为有用的糖类；糖类再通过另外一些管道分配到植物全株，从而促进它的生长。
虽然叶和根维持着植物的健康和生长，但物种永存的任务却由花来承担。花是植物的生殖器官，可以是雄性、雌性或两性。正是在花这里，大自然引入了为超凡的多种技术，以确保花能受精、种子能散播。花必须以某种方式保证产生精子的花粉与产生卵的子房能成功会合。植物通常要谋求昆虫界的帮助，并用尽一切自身形态——花形、花色、气味、花蜜，甚至还有人眼不可见的斑块——来把正确的传粉者吸引到花的正确位置。

播种
受精卵会变成种子，花朵的下一个任务就是把种子散播得尽可能远而广。因为植物扎着根不能动，它们要依赖其他的机动力量——一阵风、路过的动物、流水……来运送自己的潜在后代。为了让种子能到达它应该去的地方，植物可以利用降落伞、爪钩或“投石机”，也可以只利用重力。植物还可以结出足以引诱动物采食的果实，从而让动物消化不了的种子在数日之后通过它们的粪便排出。
在这些散播后代的方式中，巧妙、或者说听天由命的办法，一定非鸟巢菌? 莫属。这些真菌在它们杯状的“巢”中含有硬币般的孢子小包，为了散播孢子，鸟巢菌仰仗于非常小的机遇，能让一滴沉重的雨滴以恰当的角度落在它的“巢”上。当这样的雨滴以足够的力
度砸下时，可以把小包推过“巢”边，“巢”飞入空中，再着陆在远达3 英尺（约0.9 米）开外的地方。有一种游戏是用大塑料圆片压小塑料圆片，让它们跳入桶中；鸟巢菌的孢子传播，就像把这种游戏反过来玩。
这些现象，是智慧设计的证据，还是可以用来说明随机的演化过程会造成有悖常理的复杂性？不管你倾向于哪种观点，本书都希望以植物学的方式向你展示植物在克服它们面对的日常难题时所采取的创新性方案。凑近观看，植物在微观上的巧妙构造是一个充满科学奇迹的世界。而科学也正像花朵一样美丽。
如果对这些照片的拍摄方法做个简介，相信会对读者有帮助。你会在每一幅显微照片旁边看到一段有关它是何种类型的照片的说明。显微照片呈现了微观细节，它有几种不同的拍摄方式。本书中的照片都是通过以下两种神奇的技术拍摄而成的。

光学显微技术
光学显微照片是用光学显微镜拍摄的。光学显微镜是传统显微镜，在16 世纪即已发明，它用透镜来放大自然光或人工光下可见的样品。当光照到物体上时，会被物体表面反射，具体情况取决于物体表面的颜色、质地以及光照角度。反射光可以直接进入人眼，或者（在拍摄光学显微照片时）通过光学显微镜的透镜进入人眼。在人的眼球里面有光敏细胞收集光线。大脑把这些细胞收集到的形状、大小以及颜色、质地等信息做一*加工，让我们产生观感，这就是我们所熟悉的视觉活动。光学显微镜视物的方式多少就像人眼；它只是把图像放大了而已。
荧光也可以用来展示看不见的细节。生物样品中的一些特殊成分可以用能发荧光的化学物质染色，在光的某些狭窄波段可以看到这些化学物质。此方法拍出来的是荧光显微照片。在17 世纪后期，光学显微镜成为科研工具，到今天仍然是观察微小物体的简单、技术含量、花费少的工具。自从光学显微镜发明以来，400 年间它在本质上几乎没有变化。的创新，是用于观察样品的光的类型有了变化。比如在生物样品后面放置偏振光源，可以揭示出特别的颜色和结构图案，其原理与偏振光太阳镜是一样的。

电子显微技术
20 世纪伊始，科学家开始研发一种不同于光学显微镜的高科技设备。台电子显微镜（简称“电镜”）出现于20 世纪30 年代。电镜不借助光线观察，取而代之的是从电子枪发射的一束电子。电镜也不用透镜，而是使用电磁铁来让电子束偏转，就像玻璃透镜让光线偏转一样。如果电子束足够密集，人们便有可能看到比利用光线时所见的场景还要精细的细节—— 换句话说，就是可以看到肉眼看不到的东西。电镜有两种类型：透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）。正如名字所示，透射电镜发射的电子是透射性的—— 也就是说它们会穿透所研究的材料。因为电子会穿过样品，也就因此会受样品影响，正如穿过彩色玻璃的光会受到玻璃影响一样。正是电子受影响的方式，让透射电镜可以生成样品的图像，就像穿过彩色玻璃窗的阳光可以让我们看到玻璃窗上设计的整幅彩色作品一样。透射电镜的图像是在材料的后端收集到的，为此既可以使用专门的相机，又可以使用荧光屏。
与此相反，来自扫描电镜的电子不会穿过样品。扫描电镜发射出的电子会以网格的方式扫描样品。电子与材料中的原子相互作用，之后材料会发射出另一些电子（二次电子）作为反应。这些二次电子会从很多方向发射出来，随样品的形状和成分不同而不同。扫描电镜可以探测到二次电子，通过把来自这些二次电子的信息与初发射的扫描电子的详细情况结合，便可以生成一张扫描电镜显微照片。因为电子必须穿过材料，透射电镜只能用于拍摄非常薄的材料样品。扫描电镜则可以处理厚得多的材料，所获得的照片可以展现较大的景深。然而，透射电镜有更大的分辨率和放大倍数。这些数字令人难以置信：透射电镜可以揭示出宽不到50 皮米（5×10-9 厘米）的细节，并把它们放大5000 万倍以上；扫描电镜则可以“看到”大小为1 纳米（1000 皮米）的细节，把它们放大到50 万倍。相比之下，普通的光学显微镜只能展示出大于200 纳米（是透射电镜50 皮米显示下限的4000 倍）左右的细节，能够提供的有用而无畸变的放大倍数至多只到2000 倍（放大倍数只有透射电镜的25000 分之一）。
你在本书中看到的大多数显微照片都染了颜色，这些颜色有时候称为“伪彩色”。这可以让照片在展示时能看得更清晰，也更美丽。虽然这些照片这么美，但是大多数植物并不是你在这里见到的这种五颜六色的，至少它们自身不是。然而，植物的确是极为复杂精致的作品，它们为了生存和繁衍而运用令人赞叹的植物工程技术创造奇迹。看过本书，相信你再打量水果、花卉和蔬菜时，会有不同的眼光。