序言 7
藥用植物—食用植物—植物的視角—播種—光學顯微技術—電子顯微技術
顯微鏡下的種子 11
野花和禾草的種子集錦—芥子—多型苜蓿的刺果—種子正在發育的罌粟子房—玉米的種子—罌粟的果實—玻璃苣的種子—仙人掌類的種子—琉璃繁縷的蒴果—酢漿草的種子—繁縷的種子—麻風樹油—蕨類的孢子囊—花菱草的種子—黑種草的種子—榆樹的種子—荠菜的果莢—毛地黃的種子表面—野胡蘿卜的種子—北美紅杉的種子—山庭荠種子的毛—木賊的孢子囊穗—木賊的孢子—萌發的種子—埃及棉的纖維—蒲公英的冠毛
顯微鏡下的花粉 47
單子葉植物和雙子葉植物花粉的集錦—亞洲百合的柱頭細節—百合的花粉—在罌粟柱頭上萌發的花粉粒—向日葵的傳粉—牽牛花的花粉—花粉粒—天竺葵的花粉—秋獅苣的花粉—香茅天竺葵的花瓣和花粉粒—耬鬥菜的花粉粒—木瓜的花粉—還陽參的花粉—月見草的花粉—非洲堇的花粉管—百合的花藥—雛菊的花粉—龍鐘花的花粉—油點草的花粉—蜜蜂的腿—嘉蘭的花粉—有花粉粒的荊豆柱頭—薰衣草的花粉粒—鳶尾的花粉—茄子的花粉粒
顯微鏡下的子實體 79
鱗傘的孢子—面包霉的分生孢子—黏菌的石灰質結晶—黏菌的孢子—毛頭鬼傘的孢子—黑曲霉—煙曲霉—松露—皮膚癬菌—馬勃的孢子—蝴蝶翅膀的鱗片和孢子—白粉菌—鏽菌的孢子—蘑菇的褶帽—鳥巢菌
顯微鏡下的木和葉 99
落葉松的木材—榆樹的莖—澳洲朱蕉的莖—北美紅杉的木質部—樟樹葉的表面—油橄欖葉的鱗片—玉蘭木—槐葉?O—落葉松的年輪—紅櫟的葉—西洋接骨木的葉表—一種巴西籐類—日本扁柏的莖—松針—化石木—桐葉槭的莖—蘚類的葉—泥炭蘚—濱草的葉—毛被—花煙草的葉—大麻葉的毛被
顯微鏡下的花 127
歐洲油菜的花瓣—鳶尾的花芽—西*蓮的花芽—新疆白芥的花瓣—雞屎籐的花—鈍葉車軸草—月季的花瓣—月季花瓣的香味細胞—蘭花的花瓣—水薄荷花的細胞—纈草的花瓣—茄子的花瓣—繁縷花的雌蕊—香葉天竺葵的葉—哨兵峰雙距花—月季的雌蕊—玫瑰茄花的傳粉—毛茛花的雌蕊—向日葵的胚珠—三色堇的花瓣—蔓長春花的花瓣表面—花的心皮—毛茛根的橫切面—毛地黃的生殖器官—桂竹香的花芽
顯微鏡下的蔬菜 159
馬鈴藷的澱粉粒—洋蔥鱗莖的表皮細胞—菜椒的葉—花椰菜的花序—芹菜的莖—野胡蘿卜的種子—*藷的根—馬鈴藷葉的橫切面—植物細胞的有絲分裂—蠶豆的幼根—豌豆的莖—豌豆細胞中的葉綠體—洋蔥組織中的草酸鈣晶體—菜豆—大豆—甘藍根部的感染
顯微鏡下的果實 181
蘋果樹上的真菌—鳳梨的葉—白葡萄—馬芹的果實—梨中的石細胞—草莓—*茄—蘋果梗
中外文對照表 190
圖片來源 193

在這套叢書的另外兩冊《科學之美· 顯微鏡下的人體》和《科學之美· 顯微鏡下的疾病與醫學》中，我們已經通過精致的細節看到了人體的運作機理、可能出的毛病和讓其恢復正常的方法。我們就寓於如此高度復雜的“機器”中。人體自我維持和修復的能力令人驚嘆；而在我們的身體自己解決不了問題時，我們的醫學專業展現出了讓人稱奇的治療本領。
在本書中，我們轉而關注植物世界。這個世界裡棲息的生物與我們非常不同，但同樣精致復雜。我們要打量的不再是單獨一個種—— 智人Homo sapiens，而將是25 萬多個種；多虧了它們，我們纔能存在。在我們人類誕生之前，這些植物就已存在。成片的史前森林從大氣中吸收碳，讓空氣適合我們人類和其他種類的動物呼吸，從而能讓人類演化出現在這個樣子。植物調節著我們的環境，也調節著它們自己的環境。有了植物，這個世界便處在平衡之中；而不管是本地的濕地還是遙遠的雨林，如果我們毀滅了植物的生境，我們自己也將處於危險的境地。
植物帶給我們的不隻是我們呼吸的空氣。通過一次次試錯，或者也可能通過本能，我們的祖先發現了哪些植物好喫，哪些植物可以治療疾病，哪些植物能夠用於構建庇護場所、紡織或有其他用處。澳洲朱蕉又長又寬的葉子是鋪設房頂的好材料，有些地方的文明也用它們來紡織，制成儀式服裝。鳳梨帶刺的葉子曾用於造紙，而馬來半島的省籐屬Calamus 棕櫚籐的莖更是有多種用途，既可以用於體罰，又可以制作家具。藥用植物
在“科學之美”叢書的另外兩冊中，我們談到了植物的醫藥用途。很多動物在生病時，憑本能可以知道要喫什麼植物治病。毫無疑問，人類在演化過程中也具有同樣“不假思索”的本能。植物是早的“藥房”，草藥療法也是早的醫學；從史前時代開始，一直到19世紀，它都是醫療的主要方法。
現代世界的醫藥工業所開發的藥物，已經遠遠超越了草藥櫃裡的東西。大多數現代藥物是人工合成的，但是仍有一些在傳統醫學中使用的植物，化學分析表明，其中所含的化合物非常適合於治療它們傳統上用來治療的那些疾病。為人熟知的例子是阿司匹林，這種消炎藥就衍生自柳樹葉和樹皮中的化合物。低矮的蒲公英所含的藥用物質已知可以降血壓和消炎，還可以起到利尿作用。如今正有一些研究，想要確定蒲公英在抑制腫瘤細胞生長、減緩阿爾茨海默病發展方面的功效。
如今，植物藥大多仍然隻在邊緣的傳統醫術中發揮作用。產值以計的醫藥公司對促進植物制劑的應用毫無興趣；比起這些公司自己的產品來，獲取植物制劑更為容易，也比較便宜。科學時代的社會壓力也讓人們不會考慮用植物藥來治療。比如人們認為出於消遣或振奮精神使用大麻的行為應受刑罰，這便妨礙了有關其藥用價值的研究。然而，已有證據表明，大麻能夠有效地緩解疼痛、惡心以及多發性硬化之類的神經繫統疾病。

食用植物
我們今天所喫的水果、蔬菜和谷物，都是數千年馴化的產物—— 農民們不再隻是從野外采集植物，而是把種子成列播下，然後挑選出其中個頭、適合食用的品繫，再把不同品繫相互雜交，獲得更高產量。如今，為了獲取更高產量，我們又有了基因修飾（轉基因）植物。轉基因仍是一種有爭議的技術，物種本來是天然演化出來的，需要經歷成千上萬年，但現在人類在“扮演上帝”，迅速創造著新物種。不過，雖然我們還不完全清楚把這些造物釋放到環境中會造成什麼樣的後果，但它們確實是對我們需求的回應。隨著全世界人口的增長我們人類占據了越來越多的地表空間，農業用地也越來越少。我們需要更多食物，但用來種植農作物的土地卻更少了。因此，我們的農田、果園和大棚都必須變得更為高產。也許是對引進轉基因作物的回應，“自己種植”運動正在復興：有人在廚房窗臺上栽種芳香植物，也有人見縫插針，在廢棄的城市用地上開闢菜園。如果你沒法自己種植，去野外采集也是另一種越來越流行的做法。一旦你自信能把可食用的野生植物鋻定出來，那麼它們就在那裡等著你去采摘——當然，首先，你采摘的得是不受法律保護的植物；其次，你得非常確定你采的是真正的美味，比如說野胡蘿卜Daucuscarota，而不是與它非常相似卻有毒性、能致死的毒參
Conium maculatum。

植物的視角
不管是當成飯食、藥物還是工業原料，我們人類都要大大感謝植物的賜予。除了這些實用的用途外，我們還會純粹為了植物的美感，而試著在花園中馴化它們。但是，也請從植物的視角來打量它們吧。它們有用和迷人的特性其實都不是為了我們人類的利益。植物和所有生物一樣，在演化的時候隻“考慮”過兩件事：自己活下去，以及讓它所屬的物種永遠活下去。這本書贊頌的正是植物解決這雙重生存問題的方法。
大多數植物因為有根和葉，而能讓自己活下去。根從它們所生長的土壤中汲取水分和一些營養，對於滿江紅之類的植物來說，則是從它們所漂浮的水體中吸收水分和營養。從根開始，有一個由細胞構成的特殊管道繫統，把水向上運送到需要它的地方。對於像蒲公英這樣低矮的植物來說，這個繫統似乎還不見得有多厲害——但是請想一下北美紅杉吧，為了把水輸送到它的枝條，它需要把水垂直提升380 英尺（約115.8 米）。植物還必須給葉提供營養，這樣它們纔能發揮功能，保證植物的健康和生長。葉含有葉綠體，它們是非凡的，可以進行光合作用。通過光合作用，植物利用陽光來從空氣中提取碳，把它轉化為有用的糖類；糖類再通過另外一些管道分配到植物全株，從而促進它的生長。
雖然葉和根維持著植物的健康和生長，但物種永存的任務卻由花來承擔。花是植物的生殖器官，可以是雄性、雌性或兩性。正是在花這裡，大自然引入了為超凡的多種技術，以確保花能受精、種子能散播。花必須以某種方式保證產生精子的花粉與產生卵的子房能成功會合。植物通常要謀求昆蟲界的幫助，並用盡一切自身形態——花形、花色、氣味、花蜜，甚至還有人眼不可見的斑塊——來把正確的傳粉者吸引到花的正確位置。

播種
受精卵會變成種子，花朵的下一個任務就是把種子散播得盡可能遠而廣。因為植物扎著根不能動，它們要依賴其他的機動力量——一陣風、路過的動物、流水……來運送自己的潛在後代。為了讓種子能到達它應該去的地方，植物可以利用降落傘、爪鉤或“投石機”，也可以隻利用重力。植物還可以結出足以引誘動物采食的果實，從而讓動物消化不了的種子在數日之後通過它們的糞便排出。
在這些散播後代的方式中，巧妙、或者說聽天由命的辦法，一定非鳥巢菌? 莫屬。這些真菌在它們杯狀的“巢”中含有硬幣般的孢子小包，為了散播孢子，鳥巢菌仰仗於非常小的機遇，能讓一滴沉重的雨滴以恰當的角度落在它的“巢”上。當這樣的雨滴以足夠的力
度砸下時，可以把小包推過“巢”邊，“巢”飛入空中，再著陸在遠達3 英尺（約0.9 米）開外的地方。有一種遊戲是用大塑料圓片壓小塑料圓片，讓它們跳入桶中；鳥巢菌的孢子傳播，就像把這種遊戲反過來玩。
這些現像，是智慧設計的證據，還是可以用來說明隨機的演化過程會造成有悖常理的復雜性？不管你傾向於哪種觀點，本書都希望以植物學的方式向你展示植物在克服它們面對的日常難題時所采取的創新性方案。湊近觀看，植物在微觀上的巧妙構造是一個充滿科學奇跡的世界。而科學也正像花朵一樣美麗。
如果對這些照片的拍攝方法做個簡介，相信會對讀者有幫助。你會在每一幅顯微照片旁邊看到一段有關它是何種類型的照片的說明。顯微照片呈現了微觀細節，它有幾種不同的拍攝方式。本書中的照片都是通過以下兩種神奇的技術拍攝而成的。

光學顯微技術
光學顯微照片是用光學顯微鏡拍攝的。光學顯微鏡是傳統顯微鏡，在16 世紀即已發明，它用透鏡來放大自然光或人工光下可見的樣品。當光照到物體上時，會被物體表面反射，具體情況取決於物體表面的顏色、質地以及光照角度。反射光可以直接進入人眼，或者（在拍攝光學顯微照片時）通過光學顯微鏡的透鏡進入人眼。在人的眼球裡面有光敏細胞收集光線。大腦把這些細胞收集到的形狀、大小以及顏色、質地等信息做一*加工，讓我們產生觀感，這就是我們所熟悉的視覺活動。光學顯微鏡視物的方式多少就像人眼；它隻是把圖像放大了而已。
熒光也可以用來展示看不見的細節。生物樣品中的一些特殊成分可以用能發熒光的化學物質染色，在光的某些狹窄波段可以看到這些化學物質。此方法拍出來的是熒光顯微照片。在17 世紀後期，光學顯微鏡成為科研工具，到今天仍然是觀察微小物體的簡單、技術含量、花費少的工具。自從光學顯微鏡發明以來，400 年間它在本質上幾乎沒有變化。的創新，是用於觀察樣品的光的類型有了變化。比如在生物樣品後面放置偏振光源，可以揭示出特別的顏色和結構圖案，其原理與偏振光太陽鏡是一樣的。

電子顯微技術
20 世紀伊始，科學家開始研發一種不同於光學顯微鏡的高科技設備。臺電子顯微鏡（簡稱“電鏡”）出現於20 世紀30 年代。電鏡不借助光線觀察，取而代之的是從電子槍發射的一束電子。電鏡也不用透鏡，而是使用電磁鐵來讓電子束偏轉，就像玻璃透鏡讓光線偏轉一樣。如果電子束足夠密集，人們便有可能看到比利用光線時所見的場景還要精細的細節—— 換句話說，就是可以看到肉眼看不到的東西。電鏡有兩種類型：透射電鏡（TEM）和掃描電鏡（SEM）。正如名字所示，透射電鏡發射的電子是透射性的—— 也就是說它們會穿透所研究的材料。因為電子會穿過樣品，也就因此會受樣品影響，正如穿過彩色玻璃的光會受到玻璃影響一樣。正是電子受影響的方式，讓透射電鏡可以生成樣品的圖像，就像穿過彩色玻璃窗的陽光可以讓我們看到玻璃窗上設計的整幅彩色作品一樣。透射電鏡的圖像是在材料的後端收集到的，為此既可以使用專門的相機，又可以使用熒光屏。
與此相反，來自掃描電鏡的電子不會穿過樣品。掃描電鏡發射出的電子會以網格的方式掃描樣品。電子與材料中的原子相互作用，之後材料會發射出另一些電子（二次電子）作為反應。這些二次電子會從很多方向發射出來，隨樣品的形狀和成分不同而不同。掃描電鏡可以探測到二次電子，通過把來自這些二次電子的信息與初發射的掃描電子的詳細情況結合，便可以生成一張掃描電鏡顯微照片。因為電子必須穿過材料，透射電鏡隻能用於拍攝非常薄的材料樣品。掃描電鏡則可以處理厚得多的材料，所獲得的照片可以展現較大的景深。然而，透射電鏡有更大的分辨率和放大倍數。這些數字令人難以置信：透射電鏡可以揭示出寬不到50 皮米（5×10-9 釐米）的細節，並把它們放大5000 萬倍以上；掃描電鏡則可以“看到”大小為1 納米（1000 皮米）的細節，把它們放大到50 萬倍。相比之下，普通的光學顯微鏡隻能展示出大於200 納米（是透射電鏡50 皮米顯示下限的4000 倍）左右的細節，能夠提供的有用而無畸變的放大倍數至多隻到2000 倍（放大倍數隻有透射電鏡的25000 分之一）。
你在本書中看到的大多數顯微照片都染了顏色，這些顏色有時候稱為“偽彩色”。這可以讓照片在展示時能看得更清晰，也更美麗。雖然這些照片這麼美，但是大多數植物並不是你在這裡見到的這種五顏六色的，至少它們自身不是。然而，植物的確是極為復雜精致的作品，它們為了生存和繁衍而運用令人贊嘆的植物工程技術創造奇跡。看過本書，相信你再打量水果、花卉和蔬菜時，會有不同的眼光。