情无比的激动。 首先我们要感谢不辞辛苦带领我们完成实习任务的各位老师们,您们不光在 专业知识上给予我们无私的帮助,在做人方面也为我们树立了榜样,这些珍贵的 财富我们会受用一生的。 其次要感谢在天目山朝夕相处的各位同学,在这短短的七天时间里,大家相 互扶持,照顾,结下了深厚的友谊,每个人都充分感受到03生科这个大集体的 温暖。 最后,要感谢带给我们梦幻般一周的天目山,你的美,你的真,你的纯,都 让我们无比赞叹,你再一次唤醒了我们对于生物的热爱,对于保护自然的责任, 我们会再来看你的! 參考文献 王丽丽,1990,不同密度杉木林内辐射与叶面积垂直分布对生长的影响,林业科学研究 胡显华等,1991,一种测定植物叶面积方法的研究,吉林农业大学学报,vo1.16,117-120 杜占池等,2001,内蒙古典型草原地区5类植物群落叶面积指数的比较研究,中国草地, Vo.23,No.5
情无比的激动。 首先我们要感谢不辞辛苦带领我们完成实习任务的各位老师们，您们不光在 专业知识上给予我们无私的帮助，在做人方面也为我们树立了榜样，这些珍贵的 财富我们会受用一生的。 其次要感谢在天目山朝夕相处的各位同学，在这短短的七天时间里，大家相 互扶持，照顾，结下了深厚的友谊，每个人都充分感受到 03 生科这个大集体的 温暖。 最后，要感谢带给我们梦幻般一周的天目山，你的美，你的真，你的纯，都 让我们无比赞叹，你再一次唤醒了我们对于生物的热爱，对于保护自然的责任， 我们会再来看你的！ 参 考 文 献 王丽丽，1990，不同密度杉木林内辐射与叶面积垂直分布对生长的影响，林业科学研究 Vol.3，N0.6 胡显华等，1991，一种测定植物叶面积方法的研究，吉林农业大学学报，Vol.16,117-120 杜占池等，2001，内蒙古典型草原地区 5 类植物群落叶面积指数的比较研究，中国草地， Vol.23, No.5 6
天目山部分藤本植物韧性初探 李嘉睿,朱司宇,李钟翰,张一帆 (复旦大学生命科学学院,上海200433) 摘要:藤本植物的茎与乔木、灌木等脆硬的茎有很大差别,它一般比较柔韧,故能够在比较大的范围内 弯曲和承受较大的横向的外力。不同的藤本植物其韧性不尽相同,这是由其独特的结构特点决定的,又受 到其他因素的影响。研究藤本藤本植物的茎的这一物理性质与其结构特点的联系,在生物学和仿生学上都 有非常重要的意义。我们利用天目山丰富的植物资源条件,采集了8个科的11种藤本植物的样本,在尽量 保持其生活状态的短时间内,对其韧性进行了定量测定,在有限的实验条件和时间下,获得了尽可能精确 的数据。再通过制作该样本的茎的横切片,观察其结构,对其结构与韧性的联系做了初步的分析,同时对 影响韧性的其他因素也进行了讨论 关镜词:藤本植物:茎:韧性:结构 茎是植物提地上部分联系根和叶的营养器官,其主要功能是输导作用和支持作用。根据茎的 生长方向和木质化程度,可以把茎分成直立茎、攀援茎、缠绕茎、匍匐茎。具有攀援茎和缠 绕茎的植物,叫做藤本植物。藤本植物有木本的,如葡萄和紫藤,也有草本的,如豆类和瓜 类 自然界中,在进化上比较高级的各种植物的茎与环境相适应,形成了自己独特的结构 有的高大粗壮,有的纤细柔嫩。但它都在以自己的方式,在千变万化的环境中支撑起自己的 片生存的空间。植物的茎一般成柱状,故其承受轴向拉力的能力,比其承受横向拉力的能 力(在本文中,将它简称为韧性)强的多,所以它们更易被折断,而不易被拉断。在自然界 中,植物的茎经常要承受横向外力的作用,所以其韧性对维持其个体的生存十分重要。在狂 风暴雨中,一些直立植物的茎折断了,而一些藤本植物的茎虽然被弯曲,却安然无恙。这其 中部分原因,就是藤本植物一般比较柔韧。但是不同植物的韧性具有很大差异,这是由它们 的结构不同引起的,当然同一株植物的韧性也会受到直径大小,生活状态,年龄的影响。所 以我们在天目山有利的自然资源条件下,采集了一些藤本植物作为样本,对其茎的韧性进行 测定了。为了在有限的时间和实验条件下扩大测定范围,我们选取8个科的11种藤本植物 进行了关于韧性的定量测定。在实验条件限制、无精密仪器的条件下,在实验设计上尽量利 用现有条件减小误差,获得了样本植物单位直径的横向最大承受力,并在不同种间进行了比 较。我们发现不同样本的韧性存在显著差异,并结合其茎的横切片,对其原因进行初步的探 1材料及方法 1.1材料 植物:报春花科一一过路黄夹竹桃科一—络石 五加科—一中华常春藤 豆科一—野大豆 薯蓣科一一薯蓣 毛茛科一一大花威灵仙 葡萄科一一爬山虎、乌蔹莓 葫芦科—一栝楼、王瓜、南赤爬 (植物样本图和切片图见附录) 工具:直尺、细线、沙石、天平、剪刀、塑料袋 1.2方法
天目山部分藤本植物韧性初探 李嘉睿，朱司宇，李钟翰，张一帆 （复旦大学 生命科学学院，上海 200433） 摘 要：藤本植物的茎与乔木、灌木等脆硬的茎有很大差别，它一般比较柔韧，故能够在比较大的范围内 弯曲和承受较大的横向的外力。不同的藤本植物其韧性不尽相同，这是由其独特的结构特点决定的，又受 到其他因素的影响。研究藤本藤本植物的茎的这一物理性质与其结构特点的联系，在生物学和仿生学上都 有非常重要的意义。我们利用天目山丰富的植物资源条件，采集了 8 个科的 11 种藤本植物的样本，在尽量 保持其生活状态的短时间内，对其韧性进行了定量测定，在有限的实验条件和时间下，获得了尽可能精确 的数据。再通过制作该样本的茎的横切片，观察其结构，对其结构与韧性的联系做了初步的分析，同时对 影响韧性的其他因素也进行了讨论。 关键词：藤本植物；茎； 韧性；结构 茎是植物提地上部分联系根和叶的营养器官，其主要功能是输导作用和支持作用。根据茎的 生长方向和木质化程度，可以把茎分成直立茎、攀援茎、缠绕茎、匍匐茎。具有攀援茎和缠 绕茎的植物，叫做藤本植物。藤本植物有木本的，如葡萄和紫藤，也有草本的，如豆类和瓜 类[1]。 自然界中，在进化上比较高级的各种植物的茎与环境相适应，形成了自己独特的结构， 有的高大粗壮，有的纤细柔嫩。但它都在以自己的方式，在千变万化的环境中支撑起自己的 一片生存的空间。植物的茎一般成柱状，故其承受轴向拉力的能力，比其承受横向拉力的能 力（在本文中，将它简称为韧性）强的多，所以它们更易被折断，而不易被拉断。在自然界 中，植物的茎经常要承受横向外力的作用，所以其韧性对维持其个体的生存十分重要。在狂 风暴雨中，一些直立植物的茎折断了，而一些藤本植物的茎虽然被弯曲，却安然无恙。这其 中部分原因，就是藤本植物一般比较柔韧。但是不同植物的韧性具有很大差异，这是由它们 的结构不同引起的，当然同一株植物的韧性也会受到直径大小，生活状态，年龄的影响。所 以我们在天目山有利的自然资源条件下，采集了一些藤本植物作为样本，对其茎的韧性进行 测定了。为了在有限的时间和实验条件下扩大测定范围，我们选取 8 个科的 11 种藤本植物 进行了关于韧性的定量测定。在实验条件限制、无精密仪器的条件下，在实验设计上尽量利 用现有条件减小误差，获得了样本植物单位直径的横向最大承受力，并在不同种间进行了比 较。我们发现不同样本的韧性存在显著差异，并结合其茎的横切片，对其原因进行初步的探 讨。 1 材料及方法 1.1 材料： 植物：报春花科——过路黄 夹竹桃科——络石 五加科——中华常春藤 豆科——野大豆 薯蓣科——薯蓣 毛茛科——大花威灵仙 葡萄科——爬山虎、乌蔹莓 葫芦科——栝楼、王瓜、南赤瓟 （植物样本图和切片图见附录） 工具：直尺、细线、沙石、天平、剪刀、塑料袋 1.2 方法：
1、采集植物:首先,为了尽量减小同种植物在不同生长环境下产生的个体差异所带来 的影响,我们在采集植物时准确详细地记录了每种植物的采集位置,从而在之后的采集 中保障了植物材料生境的稳定性:其次,为了防止植物因放置过久而失水并影响实验结 果,我们在先是将各植物的采集位置尽量集中化,再少量多批采集,力求能够迅速完成 每批植物的韧性实验。 2、截取不同直径的茎段56段:每个茎段长20cm。由于茎段上分布着众多茎结,这些 结的韧性与茎干并不一致,为个保证实验结果的准确和实验条件的一致,我们在截取茎 段时避免结出现在中点处一一即我们做韧性实验时选取的负重点。 3、测直径:由于所采的植物茎的横截面近似圆形,因此认为其横截面直径与周长符合 公式L=πD。以此公式,我们采用先测量周长再计算直径的间接测量法。我们先是将细 线缠绕茎段5圈,各圈间紧密相连,如此以直尺一次测量5倍周长,并重复一次,从而 减小随机误差。 4、韧性实验:以吊坠指示重力方向,以此调整茎段呈水平并两端固定,将塑料袋套头 (为保证实验条件一致,因而始终用同一套头)置于茎段中点处,呈悬挂状态。均匀缓 慢注入细沙至茎段断裂,测量塑料袋及沙的重量。同种植物的茎段我们先进行一次预实 验以判断能使茎段断裂的大概重量,而在正式实验中以预实验为参照,避免茎段因长时 间牵拉而损伤。 5、切片制作:为了能够从其本质分析韧性差异的来源,我们于返程前一日再在相同地 点采样,并用含少量水的密封瓶保存以防止植物失水。回校后则立即截取各种物茎段的 横截面做成切片并以照片形式保存下来。 2数据处理: 2.1表一,基础实验数据表: 测验次数 植物 报春花科 2202.25/0482.3002.30/0.272.38/250/0.502.50/247/0.562.18/220/0452.172.15/0.19 过路黄 葡萄科 4554.50m1223.19/3.18/0.942.50/245/0.55295297/0.71430/420∥1.10 乌蔹莓 夹竹桃科 3.35/3.3816.10265/2.63/250J289/294/420300303/4332.19/220/243 葫芦科 栝楼 358346/1723806385/151353/347/892.97295/076|360372/118 五加科 中华常春藤|3.803.78/2.55L415412/2.303.30/338/2.05320/3.18/157325/3.30/82 葫芦科 279/280/1.203.35/325m1342.58/2.50/0.742.59260069280/290/1,20 王瓜 1.83/180/0.721.75/90/061225/230/084190/195/0.70209/212/093 野大豆 野大豆 80/1.79/0.71 1.95/0.812.33230/1491.83/1.881002002.10/1.16
1、采集植物：首先，为了尽量减小同种植物在不同生长环境下产生的个体差异所带来 的影响，我们在采集植物时准确详细地记录了每种植物的采集位置，从而在之后的采集 中保障了植物材料生境的稳定性；其次，为了防止植物因放置过久而失水并影响实验结 果，我们在先是将各植物的采集位置尽量集中化，再少量多批采集，力求能够迅速完成 每批植物的韧性实验。 2、截取不同直径的茎段 5~6 段：每个茎段长 20cm。由于茎段上分布着众多茎结，这些 结的韧性与茎干并不一致，为个保证实验结果的准确和实验条件的一致，我们在截取茎 段时避免结出现在中点处——即我们做韧性实验时选取的负重点。 3、测直径：由于所采的植物茎的横截面近似圆形，因此认为其横截面直径与周长符合 公式 L=πD。以此公式，我们采用先测量周长再计算直径的间接测量法。我们先是将细 线缠绕茎段 5 圈，各圈间紧密相连，如此以直尺一次测量 5 倍周长，并重复一次，从而 减小随机误差。 4、韧性实验：以吊坠指示重力方向，以此调整茎段呈水平并两端固定，将塑料袋套头 （为保证实验条件一致，因而始终用同一套头）置于茎段中点处，呈悬挂状态。均匀缓 慢注入细沙至茎段断裂，测量塑料袋及沙的重量。同种植物的茎段我们先进行一次预实 验以判断能使茎段断裂的大概重量，而在正式实验中以预实验为参照，避免茎段因长时 间牵拉而损伤。 5、切片制作：为了能够从其本质分析韧性差异的来源，我们于返程前一日再在相同地 点采样，并用含少量水的密封瓶保存以防止植物失水。回校后则立即截取各种物茎段的 横截面做成切片并以照片形式保存下来。+ 2 数据处理： 2.1 表一，基础实验数据表： 测验次数 植物 1 2 3 4 5 6 报春花科 过路黄 2.20/2.25//0.48 2.30/2.30//0.27 2.38/2.50//0.50 2.50/2.47//0.56 2.18/2.20//0.45 2.17/2.15//0.19 葡萄科 乌蔹莓 4.55/4.50//1.22 3.19/3.18//0.94 2.50/2.45//0.55 2.95/2.97//0.71 4.30/4.20//1.10 夹竹桃科 络石 3.35/3.38//6.10 2.65/2.63//2.50J 2.89/2.94//4.20 3.00/3.03//4.33 2.19/2.20//2.43 葫芦科 栝楼 3.58/3.46//1.72 3.80/3.85//1.51 3.53/3.47//1.89 2.97/2.95//0.76 3.60/3.72//1.18 五加科 中华常春藤 3.80/3.78//2.55L 4.15/4.12//2.30 3.30/3.38//2.05 3.20/3.18//1.57 3.25/3.30//1.82 葫芦科 王瓜 2.79/2.80//1.20 3.35/3.25//1.34 2.58/2.50//0.74 2.59/2.60//0.69 2.80/2.90//1.20 豆科 野大豆 1.83/1.80//0.72 1.75/1.90//0.61 2.25/2.30//0.84 1.90/1.95//0.70 2.09/2.12//0.93 野大豆 1.80/1.79//0.71 2.05/1.95//0.81 2.33/2.30//1.49 1.83/1.88//1.00 2.00/2.10//1.16
葫芦科 南赤爬 505503/2440318550555460458265480472/31654540342 葫芦科 3.10/3.0914427927m1.202.39240/0.753.103.12/1.103.30/3.35/196 薯蓣科 306/3.08/0.502.70/268/0662.20/2.15/0.712502300.85262/268/0.75345/3200.75 毛茛科 419/4.30/211280/2761.323.82/3.70/324450440/1963.30/328/1.55406/402/1.80 大花威灵仙 Note:1)x/xx//xxx中,前两位数字表示2次重复测验所得到的绕藤五周后的绳子的长度,也就是代表5轮周长的长度 最后一位代表在藤断裂时所得到的临界重量 2)实验中选择了6段不同直径的植物藤茎进行试验。 22表二,数据初步处理 植物 直径直径( Diameter/S值cv.(9)(kg) average 临界重量单位直 (1) 径承受平均值 力 1400.143 E-031.58 报春花科0.1520.1590.1565.00-033.21 0.50 4.08 过路黄 0.1590.157 0.158 40E-030.89 0.56 0.1390.140 0.1401.00E-03 0.71 0.45 0.2900.286 0.2882.83E-030.98 1.22 4.24 葡萄科 0.1582.24E-031.42 乌蔹莓 0.1880.189 0.188 00E-030.53 0.71 3. 0.2740.267 0.2715.00E-03 1.85 1.10 4.0 0.2130.215 0.2141.35E-030.63 6.10 28.48 夹竹桃科0.1840.1870. 25E-031.21 22.63 络石 0.1910.1930.192 35E-030.70 4.33 0.139 0.140 0.1404.50E-040.32 0.2280.220 0.224 40E-032.411.727.68 葫芦科 0.2420.245 0.2442.25E-030.92 1.51 6.20 6.86 栝楼 0.2250.221 0.2232.70E-031.21 1.89 8.48 0.2290.237 0.233 0.2420.241 0.2419.00E040.37 10.57 五加科 0.2100.215 0.2133.60E-031.69 中华常春藤0.2040.202 0.2039.00E-040.44 1.57 7.73 0.2082.25E-031.08 0.178 0.178 4. 0E- 04 1.20 6.74 0.213 0.210 03 2.14 1.34 6.38 葫芦科 0.1640.159 0.162 3.60E-03 2.23 0.74 4.58 0.1780.1850.1814.50032.48 61 0.1650.166 0.1654.50E-040.27
葫芦科 南赤瓟 5.05/5.03//2.24 4.00/3.38//1.18 5.50/5.50//2.75 4.60/4.58//2.65 4.80/4.72//3.16 5.45/5.40//3.42 葫芦科 爬山虎 3.10/3.09//1.44 2.79/2.77//1.20 2.39/2.40//0.75 3.10/3.12//1.10 3.30/3.35//1.96 薯蓣科 薯蓣 3.06/3.08//0.50 2.70/2.68//0.66 2.20/2.15//0.71 2.50/2.30//0.85 2.62/2.68//0.75 3.45/3.20//0.75 毛茛科 大花威灵仙 4.19/4.30//2.11 2.80/2.76//1.32 3.82/3.70//3.24 4.50/4.40//1.96 3.30/3.28//1.55 4.06/4.02//1.80 Note: 1) xx/xx//xxx 中，前两位数字表示 2 次重复测验所得到的绕藤五周后的绳子的长度，也就是代表 5 轮周长的长度。 最后一位代表在藤断裂时所得到的临界重量。 2) 实验中选择了 6 段不同直径的植物藤茎进行试验。 2.2 表二，数据初步处理 植物 直径 (1) 直径(2) Average Diameter S 值 C.V.(%) 临界重量 （kg） 单位直 径承受 力 平均值 报春花科 过路黄 0.140 0.143 0.142 2.24E-03 1.58 0.48 3.38 4.08 0.152 0.159 0.156 5.00E-03 3.21 0.50 3.21 0.159 0.157 0.158 1.40E-03 0.89 0.56 3.54 0.139 0.140 0.140 1.00E-03 0.71 0.45 6.59 葡萄科 乌蔹莓 0.290 0.286 0.288 2.83E-03 0.98 1.22 4.24 3.89 0.159 0.156 0.158 2.24E-03 1.42 0.55 3.49 0.188 0.189 0.188 1.00E-03 0.53 0.71 3.77 0.274 0.267 0.271 5.00E-03 1.85 1.10 4.07 夹竹桃科 络石 0.213 0.215 0.214 1.35E-03 0.63 6.10 28.48 22.76 0.184 0.187 0.186 2.25E-03 1.21 4.20 22.63 0.191 0.193 0.192 1.35E-03 0.70 4.33 22.56 0.139 0.140 0.140 4.50E-04 0.32 2.43 17.39 葫芦科 栝楼 0.228 0.220 0.224 5.40E-03 2.41 1.72 7.68 6.86 0.242 0.245 0.244 2.25E-03 0.92 1.51 6.20 0.225 0.221 0.223 2.70E-03 1.21 1.89 8.48 0.229 0.237 0.233 5.40E-03 2.32 1.18 5.06 五加科 中华常春藤 0.242 0.241 0.241 9.00E-04 0.37 2.55 10.57 9.17 0.210 0.215 0.213 3.60E-03 1.69 2.05 9.64 0.204 0.202 0.203 9.00E-04 0.44 1.57 7.73 0.207 0.210 0.208 2.25E-03 1.08 1.82 8.73 葫芦科 王瓜 0.178 0.178 0.178 4.50E-04 0.25 1.20 6.74 5.98 0.213 0.207 0.210 4.50E-03 2.14 1.34 6.38 0.164 0.159 0.162 3.60E-03 2.23 0.74 4.58 0.178 0.185 0.181 4.50E-03 2.48 1.20 6.61 0.165 0.166 0.165 4.50E-04 0.27 0.69 4.18
0.1170.115 0.1161.35-031.17 0.71 6.14 0.1110.121 0.1166.75E-035.81 0.61 0.1430.146 5E-031.55 豆科 6.06 2.25E-03 1.84 野大豆 0.133 0.135 0.1341.35E-031.01 0.93 6.94 0.1150.114 0.1144.50E-040.39 0.71 0.1310.124 0.1274.50E-03 0.321 0.320 0.3219.00E-040.28 2.24 葫芦科0.3500.3500.3500.00+000.00 7.85 南赤爬 0.2930.292 0.2929.00E040.31 0.3470.344 0.3452.25E-030.65 3.42 葫芦科 0.1780.176 0.1779.00E-040.51 1.20 7.23 爬山虎 0.197 0.199 0.1989.00E-040.45 1.10 「0.2100.2130.2122.25E-031.0 0.140 0.137 0.1382.25E-031.63 0.71 5.13 薯蓣属 0.1539.00E-035.89 4.67 薯蓣 0.1670.171 0.1692.70E-031.60 0.75 0.2200.204 0.2121.13E-025.32 0.75 0.2670.274 0.2704.95E-031.83 0.1780.176 0.177 80E-031.02 7.46 毛茛科 大花威灵仙 0.2100.209 0.2099.00E-040.43 0.2580.256 0.2571.80E-030.70 23表三,方差分析:单因素方差分析 SUMMARY 组 观测数求和 平均 方差 过路黄 6.338764.0846892.024904 乌蔹莓 15.560153.8900370.108345 络石 91.0561722.7640420.51961 栝楼 27.416536.8541332.321162 中华常春藤 36.66999 1.481171 王瓜 424.312636.0781571.025328 野大豆 42.421666.0602370.290029 南赤爬 33.80678.4516741.668367 爬山虎 28.90411172260272.376502 薯蓣 18.679694.6699230.775816 [大花威灵仙536.583757.3167510.131978
豆科 野大豆 0.117 0.115 0.116 1.35E-03 1.17 0.71 6.14 6.06 0.111 0.143 0.121 0.146 0.116 0.145 6.75E-03 2.25E-03 5.81 1.55 0.61 0.84 5.25 5.80 0.121 0.124 0.123 2.25E-03 1.84 0.70 5.71 0.133 0.135 0.134 1.35E-03 1.01 0.93 6.94 0.115 0.114 0.114 4.50E-04 0.39 0.71 6.21 0.131 0.124 0.127 4.50E-03 3.54 0.81 6.36 葫芦科 南赤瓟 0.321 0.320 0.321 9.00E-04 0.28 2.24 6.98 8.45 0.350 0.350 0.350 0.00E+00 0.00 2.75 7.85 0.293 0.292 0.292 9.00E-04 0.31 2.65 9.07 0.347 0.344 0.345 2.25E-03 0.65 3.42 9.90 葫芦科 爬山虎 0.197 0.197 0.197 4.50E-04 0.23 1.44 7.31 7.23 0.178 0.176 0.177 9.00E-04 0.51 1.20 6.78 0.197 0.199 0.198 9.00E-04 0.45 1.10 5.56 0.210 0.213 0.212 2.25E-03 1.06 1.96 9.26 薯蓣属 薯蓣 0.140 0.137 0.138 2.25E-03 1.63 0.71 5.13 4.67 0.159 0.146 0.153 9.00E-03 5.89 0.85 5.56 0.167 0.171 0.169 2.70E-03 1.60 0.75 4.45 0.220 0.204 0.212 1.13E-02 5.32 0.75 3.54 毛茛科 大花威灵仙 0.267 0.274 0.270 4.95E-03 1.83 2.11 7.81 7.32 0.178 0.176 0.177 1.80E-03 1.02 1.32 7.46 0.286 0.280 0.283 4.50E-03 1.59 1.96 6.92 0.210 0.209 0.209 9.00E-04 0.43 1.55 7.40 0.258 0.256 0.257 1.80E-03 0.70 1.80 7.00 2.3 表三，方差分析：单因素方差分析 SUMMARY 组 观测数 求和 平均 方差 过路黄 4 16.33876 4.084689 2.024904 乌蔹莓 4 15.56015 3.890037 0.108345 络石 4 91.05617 22.76404 20.51961 栝楼 4 27.41653 6.854133 2.321162 中华常春藤 4 36.66999 1.481171 王瓜 4 24.31263 6.078157 1.025328 野大豆 7 42.42166 6.060237 0.290029 南赤瓟 4 33.8067 8.451674 1.668367 爬山虎 4 28.90411 7.226027 2.376502 薯蓣 4 18.67969 4.669923 0.775816 大花威灵仙 5 36.58375 7.316751 0.131978