植物生命活动逆境生理

植物抗寒、抗旱、抗盐、抗病生理

1、水分代谢

2、矿质营养

3、光合作用

4、呼吸作用

1、植物的生长

2、植物的生殖

3、植物成熟与衰老

植物的茎总是向上生长，以便得到阳光来进行光合作用，茎的这种运动称为“负向地性运动”，意即与向地性运动方向相反的运动；而根又总是向下生长，以便得到水和肥料，这叫做“正向地性运动”。

植物的根还常常表现出向水性，尤其是当土壤干燥，水分分布不均时，根总是朝有水潮湿的地方生长，在潮湿的区域里，根的分布也较茂密。

植物某部分碰到外界物体时能发生向性反应的，则具有“向触性”。如葡萄、豌豆、西番莲的卷须，一碰到竹竿、绳索或篱笆等物时，能很快弯曲缠绕上去。

植物的向性运动

植物的向光、向地、向水、向触性等运动，统称为“向性运动”，一般与生长素的作用有关。如向日葵在阳光作用下，背光面的生长素多，生长较快；生长素少的向阳面生长较慢，于是产生了向阳弯曲。

向日葵

葵花向阳其实就是植物运动的一个常见现象。清晨，向日葵面向东方，迎接旭日东升；傍晚，它又面向西方，目送夕阳西下。棉花的叶片也有类似葵花向阳的向光性运动。

含羞草

别名“感应草”的含羞草是一种著名的趣味植物。它不但会动，行动还格外灵敏迅捷。一经轻轻触动，羽状小叶就随即闭合。若力量稍大，整个羽片都会低垂，宛如一个低头无语的娇羞少女。原来，含羞草的茎叶构造十分独特，叶柄和小叶基部有一个膨大的叶枕，内含许多薄壁细胞，未受刺激时，每个细胞都有充足水分，从而膨胀，使叶枕挺立，叶片舒展；而叶子一经碰触，刺激信息就立刻传导到叶枕，薄壁细胞内的细胞液马上渗进细胞间隙，导致膨压下降而使叶片迅速萎软下垂。含羞草的这种特异反应是一种感性运动，是它自我保护本领的体现。在它老家—南美地区，常遇到疾风暴雨，迅疾合拢叶片，垂下叶柄，正是含羞草在风雨侵袭时的保护反应。

唤舞草

我国西南部、福建与台湾等地，出产一种豆科的小灌木，名唤舞草，是植物界中名副其实的“舞蹈明星”。其三出羽状复叶能明显转动，仿佛在“翩翩起舞”。舞草中间的大叶片只能摇摆，侧生2片小叶的动作却美妙多姿，时而作360°C旋转运动，时而上下摆动，时而两片小叶同时向上合拢，然后慢慢分开平展，时而一片向下，一片朝下。当同一植株的小叶同时起舞时，则此起彼伏、节奏分明、格外逗人。舞草的运动是光与温度的刺激造成细胞间断性收缩和舒张引起的。这有利于它防止阳光强烈照射，减少水分蒸腾和害虫侵害。

卷柏

卷柏是一种耐旱力极强的植物，能在其他植物难以生存的荒山野岭及光秃的岩石上生长。遇干旱失水时，卷柏扁平的小枝便向内卷作一团，渐渐褪去绿色，呈干枯假死状态，可是只要它体内还有5%的水分，就能维持不死，一旦得水湿润，枝叶即展开，由黄转绿，又显出勃勃生机，仿佛死而复生一般，因而又得名“长生草”、“九死还魂草”。

植物界中还有些本领高强的“旅行家”。如南美洲有一种草，当其生长的地方发生干旱时，就从土中抽出根卷成小球，随风飘荡，到水分充足处重新扎根生长。沙漠中某些仙人掌也会行走，其根部由许多软刺组成，具有随水移动的本领，能随风一点点从沙漠干燥处移向有水分和养料的地方深深扎下去，当水分和养料枯竭时，根上的刺又会重新寻找新的沃土。

捕蝇草

被达尔文誉为“世界上最奇妙的一种植物”的捕蝇草，是食虫植物家族中人们最熟悉，也是科学家研究最多的一种植物。它的奇妙之处尤其在于它能够主动地捕食猎物—昆虫。捕蝇草是一种多年生宿根草本。叶形奇特，近叶端处为肉质，以中肋为界，分为左右两半。每一半叶片边缘均生有10-25根刚毛，内侧近中肋处，又有3根或3根以上的感觉刚毛（又叫激发刚毛），边缘还生有蜜腺，能分泌蜜汁以引诱昆虫。这状如贝壳，可随意开合的两半叶片，就是它的诱捕器。平时张开，叶片向外弯曲。而当昆虫受其分泌蜜汁的诱惑爬上叶片时，若激发刚毛被触动两次或两次以上，或在数秒内至少有两根激发刚毛被触动，诱捕器就会在20-40秒内闭合，叶片向里弯曲，叶缘上的刚毛交错地扣合起来，迅速将猎物囚禁其间。昆虫愈挣扎，诱捕器就闭合得更紧，同时激发刚毛受到刺激后，叶片上的许多紫红色小腺体就分泌出一种酸性很强的消化液，将虫体消化掉。

其他植物

此外，象花生、大豆、酢浆草、红花苜蓿等植物，都会在早晨出太阳时舒展叶片，随夜幕降临而闭合叶片“入睡”。这种叶片昼开夜合的运动称作植物的“睡眠运动”或“感夜运动”。原来这也是叶柄基部的组织细胞膨压发生变化的结果。白天，进行光合作用的叶片，其基部的大型细胞得水膨胀，使叶片张开；太阳落山后，叶片内水分减少，叶基的大型细胞失水收缩变软，叶片便随之下垂或合拢。睡莲、蒲公英，在夕阳西下之际则会关闭花瓣“入睡”，待到朝阳升起时，再从酣梦中苏醒，缓缓将花瓣展开。郁金香处于20-25°C 的环境中，花冠会徐徐展开，低于10°C 时则关闭。这是郁金香的感温运动。这类运动与阳光、温度、湿度有一定关系。花瓣和叶在夜间闭合，可减少热量的散失和水分的蒸发，有利于保温保湿。

无论含羞草的感震运动、郁金香的感温运动或大豆的感夜运动，都是植物受外界环境因素刺激后引起的“感性运动”，对植物有自我保护的重要意义。

各类植物运动，说明植物亦有明显的自我防卫、自我保护意识，也是植物对各种不同刺激的反应，以及它们在长期生物进化的过程中逐步适应生活环境的结果。

有的细菌仅生活20—30min，即可分裂产生新个体。种子植物有木本和草本两种类型。木本植物都是多年生的，有的木本植物的树龄可长达数百年至上千年，如松、柏。龙血树等。草本植物根据植株生存年限长短，可分为一年生、两年生和多年生三类。在一个生长季完成全部发育周期，也就是说，从种子萌发到开花结实直至枯萎死亡都在一个生长季完成的植物，称为一年生植物，如水稻、玉米、高粱、黄瓜、大豆、烟草和向日葵等。有些草本植物，需要经过两个生长季才能完成他们的发育周期。第一年只有根茎叶等营养器官的生长，把养分贮积起来，越冬后第二年才开花结实直至死亡，这些植物称为二年生植物，如白菜、萝卜、胡萝卜、菠菜和洋葱等。还有些草本植物，每年开花结实，果实成熟后，地上部分虽然枯死，地下部分却仍然活着，来年又出芽，产生地上枝这样可生活两年以上的植物，称为多年生植物，如菊、大丽花、薄荷、百合、马铃薯、棉花和莎草等。

耗散结构理论认同并延用了一般系统论中的开放系统思维。一般系统论源于生物学家对生命机体运行机制的深入思考，而生命活动也是耗散结构理论颇为关注的研究对象。

普利戈金本人曾对耗散结构形成的条件,作过简单通俗的说明。他写道:“生物和社会组织包含着一种新型的结构,……社会和生物的结构的一个共同特征是它们产生于开放系统,而且这种组织只有与周围环境的介质进行物质和能量的交换才能维持生命力。然而,只是一个开放系统并没有充分的条件保证实现这种结构。只有在系统保持“远离平衡”和在系统内的不同元素之间存在着“非线性”的机制的条件下,耗散结构才能实现”[1]。显然,人既有生物的属性,又有社会的属性,人的生命过程既参与生物运动,也参与社会运动,更具备形成耗散结构的条件。

耗散结构理论耗散与生命活动

首先,生命的本质在于运动。人体是一个远离平衡的系统,它需要保持动态平衡才能存在。平衡就意味着生命的终止。兴奋和抑制、收缩和舒张平衡了,心跳也就停止了。动脉、静脉各部分血压平衡了,毛细血管有效过滤压等于零,物质交换也就没有了。细胞内液与外液中的Na 、K 的浓度是非平衡的,神经细胞膜内K 浓度为膜外30倍,膜外Na 浓度为膜内12倍,这种离子浓度非平衡,对细胞的兴奋及机能是必要的。如果离子浓度平衡,生物电就消失,细胞功能也就丧失。其次,人体又是一个包含有多子系统多层次的复杂开放系统。从横向看,包括骨胳、肌肉、神经、消化、呼吸、泌尿生殖系统等子系统。从纵向看,包括群体、个体、器官、组织、细胞、亚细胞、分子、量子等层次。此外,还有与上述要求有关又自成一体的免疫系统，等等。而且各子系统之间、各层次之间存在着复杂的联系和相互作用。人既要吃、喝、吸气,又要拉、撒、呼气,因而是一个开放系统。机体走向封闭,就会生病甚至死亡。中医所说“不通则痛”就是这个道理。再次，人体内各元素之间存在非线性机制。所谓非线性,是指引起系统处于非平衡状态的复杂过程的,主要不是逐步演变的扩散型，而是产生突变(或质变)的化学反应型。人体生理病理转化过程中,存在大量通过爆发性涨落而摆脱连续性的情况。即使是最简单的细胞中,正常的新陈代谢也要引起无数个偶合的化学反应；新陈代谢还要有特定的酶。因此,正常人体是离不开非线性机制的。最后,人体生命现象中,还大量存在时间节律和周期行为。所以，人体能够形成和保持耗散结构。

生命不仅仅表现为终究要死亡,要从有序走向无序,而且在于它要努力避免很快地衰退为惰性的平衡。因此,从某种意义上说，人体时刻都处在有序-无序-有序的转化过程中。在正常生理过程，机体内部借助新陈代谢的作用，把细胞或机体中陈旧、多余的或有害的物质分解，把衰老、垂死或受伤的组织成分清理掉，释放其中的能量，使机体内部有序结构不断遭到破坏，这可以说是人体自身产生的正熵，由于正熵存在，机体由有序趋向无序。但与此同时,机体又通过合成代谢，从外界吸收物质和能量，引进负熵，建造自身结构所需要的组织成分，以替代被拆除的组织成分，产生新的更高层次的有序状态，使无序趋向有序，从而使机体保持正常的生命活动。机体这种相对稳定有序是通过自身调控机制实现的。一旦致病因素造成调控机制混乱，机体与外界进行物质、能量、信息交换发生障碍，系统内正熵增加，有序性遭到破坏,积累到一定的阈值，经涨落触发，就会从有序变为无序，这就是病态。疾病的医治实际上是通过强化输入负熵流防止输入正熵，并促进机体远离平衡以达到系统熵增为负或正熵不大的低熵有序状态,从而消除疾病,转为健康。

耗散结构理论耗散结构理论对医学的启发和推动

耗散结构理论试图认识自组织的机制和规律，即有序和无序相互转化的机制和条件问题。“医学是认识、保持和增强人类健康,预防和治疗疾病,促使机体康复的科学知识体系和实践活动”。其首要任务是认识健康和疾病转化的机制和条件问题。因而,二者是一致的。前者对后者必定具有启迪和借鉴作用。

首先，耗散结构理论可以深刻揭示人体的统一性及其与外界因素的统一性,为医学模式转变提供理论依据。因为，这一理论用整体观研究生命现象,并且认为只有开放的、能与外界进行物质、能量、信息交换的系统，才能形成稳定的有序结构。人体正是这样的系统。

但是,传统生物医学模式忽视了人的社会性和心理因素的影响,对生理病理过程的考察往往带有封闭或半封闭性质,而且使用的是脱离整体联系发展的孤立、静止研究方法。这就使得它不可能正确反映和解决作为开放系统的人体稳定、有序、健康问题,因而不可避免地要被新的医学模式所代替。所以,医务工作者掌握耗散结构观点,首先有助于实现从生物医学向生物、心理、社会医学模式转变。

其次,有助于临床工作中,系统整体思维和全方位立体思维的形成和运用。

此外，人体有序、健康的形成和保持，实际上是多组分多层次的人体系统为主体和物质基础，以与外界交换所得能量为动力，以来自内部信息为指令，以神经体液为调控手段，以时空或功能有序为目标的自组织过程。因此,耗散结构理论的提出，使系统科学方法变得更加完善，对医学研究中解释人体生理病理过程有启发作用。

耗散结构理论提出“非平衡是有序之源”的观点,对纠正“平衡有序”观念和贯彻积极治疗，推动有关非平衡区生命稳定有序的研究，对搞好防病治病有着重要意义。

但非平衡，不是不平衡，也不是平衡，而是巨涨落前的远离平衡态，是处于失稳 临界点附近没有超过临界点的稳态。与此相对应，失稳包括两方面，一是因平衡变为不平衡而失稳，如细胞外液pH值过高过低将导致碱中毒或酸中毒。二是不平衡趋向平衡而失稳，细胞外液钾浓度增高，而致高血症；各种组织中较特异酶谱由区别而趋向一致性，意味着癌症出现。所以,现代医学强调的是动态平衡。

然而,我们许多医务工作者在实践中，努力纠正不平衡的同时，往往不自觉地走向另一极端追求平衡。而且忽视了心理、社会动态平衡对健康的意义，这对实践是有害的。实践告诉我们，难治性心力衰竭一类顽症之所以难治，就在于只引入负熵流(即各种改善心衰的措施，包括药物等)并不一定能刺激机体达到临界点，要使机体完成“无序→有序”的跃进，必须使机体远离平衡即机体要有相当的自身活力和抵抗力，通过涨落达到临界点才能使新的跃进完成，使机体从无序状态恢复到有序状态。所以,我们必须注意，治疗中不能单纯依靠药物等一系列外来因素的作用，还必须大力提高患者的整体机能，包括非药物的心理治疗，排除影响机体机能恢复的各种干扰。

耗散结构理论的提出，推动医学工作者进一步从各方面探索处于非平衡区生命系统稳定、有序、健康的维持问题。诸如什么是稳态；有什么抗干扰的特性；失稳的临界点在哪里；在什么条件下，通过什么方式，人体有序变无序，稳态变失稳；在失稳、生病后在什么条件下，通过什么方式恢复稳态、健康等等。这对提高医疗卫生工作质量无疑是有益的。例如，布鲁塞尔学派对肿瘤免疫的研究,就属于抗干扰特性研究的一部分。该派倾向于细胞免疫起主要作用。体外实验表明,效应细胞每次可以与一个或几个肿瘤细胞结合然后分解为原来形式的效应细胞和失去复制能力的死亡肿瘤细胞。布鲁塞尔学派为此建立起肿瘤生长的数学模型。在对这一模式的求解中，它给出何种条件肿瘤会长大或抑制，即在某些条件下，小于临界大小的肿瘤将消失，大于临界大小的肿瘤则长大。在另一些条件下，埋没肿瘤中的正常组织若大于一定临界大小时会不断长大，从而摆脱癌状态，反之若该正常组织过小则会为肿瘤组织所吞没。该模型给出的肿瘤细胞数的时间振荡行为与临床观察一致”[4]。这样的探讨,对临床上因势利导防治肿瘤就很有价值。又如，临界点问题，不但研究稳态的生物(或理化)临界点，而且研究心理、社会临界点,以及对临界值随年龄、性别,特别是作用因素的量与时间两者关系所决定的个体适应与不适应之间的差异,这些对医学理论和实践都有着十分重要的意义。

此外,掌握“非平衡是有序之源”的观点,还有助于动态思维的形成。“非线性”理论对医学实践有着重要的启迪和借鉴作用。系统的不同元素之间存在着非线性机制，是耗散结构形成的重要条件之一。多组分多层次的开放系统只有处于远离平衡的非线性区，才有可能经涨落的触发，从无序突变为稳定的有序的时空结构。非线性区有两个特征:一是突变、飞跃的临界点所在，二是存在可逆和不可逆的两种不同趋势。因此,掌握非线性区对医疗实践的意义是不容忽视的。

耗散结构理论关于生命系统进化过程中的非线性涨落的作用，与医学实践中生理和病理相互转化中涨落的作用有所不同(前者是单向的、积极的；后者是双向的，利弊兼有的)。但其对非线性涨落的论述，可以启发医务工作者在实践中，因势利导，尽可能防止和减少涨落的破坏作用，充分利用其积极作用，更好地防病治病。

耗散结构理论指出:“生命的保持和发育是跟大量的化学反应和运转现象分不开的。是由许多高度非线性的复杂因素，如激活、抑制、直接的自身催化等连锁制约的”。这就告诉我们，尽管研究病因要从生物、理化、心理、社会等多方面着手；认识疾病的本质要从各个层次上进行探索，但作为生命有机体的线性机制，首先存在于微观层次中，并主要通过微观层次表现出来。因此，我们无论考察生理向病理转化，还是病理向生理复归的量变质变过程，都应把重点放在微观层次上，坚持微观深层导向性。这不是回到片面强调理化指标为依据，着重分析的还原论老路上去,而是要走向综合兼容辩证还原的新思维方式。