植物对周围环境的反应，最奇妙的莫过于它的生长方向，比如从一粒小小的植物种子萌发开始，它就知道根应该往地下生长，而茎干则伸向天空。这是一个极为普通的现象，然而植物为什么要这样呢？它是怎样懂得“上”和“下”的概念呢？又是由什么力量促使它选择根朝下、茎朝上的生长方向呢？怎样解释这种生理机制？对此怀着强烈的兴趣。

科学家们首先想到的是重力，他们从物理学想到，地球的引力一定是影响植物生长方向的重要因素。当时，进化论的鼻祖达尔文曾观察到，植物的芽和根在改变生长方向时，各部分细胞的生长速度不同，但这一切又是由谁来决定的呢？达尔文无法做出更进一步的解释。

到１９２６年，美国植物生理学家弗里茨·温特，做了一个这样的实验。他使植物的胚芽鞘一面受光照，另一面对着无光的黑暗处；结果胚芽鞘的生长发生了有趣的变化，渐渐朝着有光的方向弯曲。后来温特从胚芽鞘中分离出一种化合物——植物生长素，它具有促使植物生长的功能。当胚芽鞘受到光照时，生长素就聚集到遮荫的一侧，而生长素的积累使遮荫部分生长加快，受光部分则由于缺少生长素而生长较慢，结果导致弯曲发生。于是温特认为，植物茎或叶片的弯曲是由于生长素在组织内的不对称分布而靠成的。当植物受到重力刺激时，在植物组织下部的生长素含量会大大增加，于是就使植物的根朝下生长，而茎则朝上生长了。

自从温特发现植物生长素的秘密后，很多科学家投入到这一研究领域。他们发现，植物根总是朝着地心引力的方向生长，这同样通过生长调节剂在根细胞里不同的分布来实现，于是这些学者们提出，也许有一种被称为“平衡面”的重力感应物流向根细胞的底部，从而影响生长调节剂在细胞中的分布。水平放置的根，其上面比下面生长快，致使根向下生长，可是这种“平衡面”究竟属于何物？又是如何起作用的呢？学者们一时无法知晓。

不久前，美国俄亥俄州立大学的植物学家迈克尔·埃文斯以及他的同事，提出了一个崭新的理论：无机钙对于植物的生长方向起着举足轻重的作用。因为他们在研究中发现，植物的弯曲生长过程中，无论是根冠下侧部位还是芽的上侧部位，都存在着高含量的无机钙那么无机钙又是如何使植物辩别方向的呢？埃文期解释说，因为根冠有着极为丰富的含淀粉体的细胞，而淀粉体是一种贮存淀粉和大量无机钙的大荚膜，在重力的作用下，淀粉体就会把其内部的钙送到根冠下侧。这时，如果用特殊的实验手段去阻止钙的移动，植物马上就会表现不按正常的方式去生长。同样，植物的芽虽然没有冠部，但也含有丰富的淀粉体，淀粉体也能将其内部的无机钙送到上侧的细胞中，这显然说明，无机钙对植物生长方向有着不可忽视的重要作用。

那么，即然淀粉体内有许多无机钙，而无机钙又能在植物体内来去自如，除了重力之外，又是哪一种力量使无机钙如此方便地上下移动呢？最近，美国德克萨斯州立大学的研究人员斯坦利·鲁，在研究中发现，这是由于细胞的上端和下端之间的电荷不同，两端电荷的不一致引起细胞极化。结果，为数众多被极化的细胞排列在一起，总电荷就强到足够吸引任何相反电荷的钙原子，驱使它们在体内移动。

于是斯坦利·鲁提出，由于细胞的极性带动钙的移动，从而导致植物茎干总是向上生长，而根则朝地下生长。

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