花园里的10堂实验课 精装自然观察丛书

走进花园，开启10堂有趣的实验课，探索寻常植物的生活奥秘。
·趣味盎然的生态手绘，揭秘花园里正在悄然上演的剧情；
·大开眼界的显微照片，从微观视角解构植物的生存秘笈；
·引导孩子在轻松愉快的实验中，感受来自科学发现的怦然心动。

编辑推荐/图书亮点：
哪怕再小的花园，都充满了能量和生命。跟随詹姆斯·纳迪的文字，你将走进一个由微生物、昆虫以及植物组成的纷繁世界，所有生命都在阳光的驱动之下有序运转。令人惊喜的是，这个世界并不遥远，就在小区的庭院、校园的绿地甚至自家的阳台上。
植物是带领我们了解这个世界的向导。在看似平静的外表下，植物有着丰富的内心。它们不仅把生活安排得井井有条，还有独特的语言和社交习惯，甚至不乏精明的竞争策略。通过近距离的观察和在家中即可完成的简单实验，我们将了解到这些绿色生命的生长、开花和结果背后隐藏的故事，以及看似无用的死去的植物在生态系统中发挥的重要作用。从传粉者到捕食者，从土壤里的菌丝到原生动物，与我们共同享有花园的动物和微生物伙伴是如此丰富，它们也为花园的欣欣向荣做出了超乎想象的贡献。




媒体评价：
“纳迪让我们了解到，那里不只是后花园，而是一片丛林。他对花园的解读体现了他在植物学方面的渊博知识：来自太阳的能量与土壤的养分，藤蔓的移动，从单细胞原生动物到甲虫这些“园艺伙伴”。书中有一些基本的实验，比如光合作用，以及大量令人惊叹的图片。”
——《自然》杂志

“纳迪这本精彩的新书是任何想要成为花园动态的观察者和参与者的必读书目。从植物组织结构到植物化学的魔法商店，纳迪展示了植物如何演化出帮助它们茁壮成长的策略，并提供了简单的实验，让读者可以向身边的植物提问。每当我看到秋叶的绚丽色彩，或者闻到西红柿在我手上留下的气味，我都会感谢纳迪的这本书。”
——克里斯汀·奥尔森（Kristin Ohlson），《土壤将拯救我们》作者

“我是纳迪的超级粉丝！我不知道这是因为他是最受欢迎的科学作家还是最受欢迎的自然插画师。他的写作风格和细致的绘画总是能够充分激发并满足读者的好奇心。《花园里的10堂实验课》是一本引人入胜、值得一读的书。纳迪让复杂的科学变得简单易懂，而且美丽生动。”
——杰夫·洛温费尔斯（Jeff Lowenfels），《与微生物合作》《与营养合作》和《与真菌合作》的作者之一

“我太喜欢这本书了！书中的科学知识非常扎实，既适合对植物科学感兴趣的一般读者来翻阅，也可以为讲解观察实验的教师所用，还可以作为开发公共花园、博物馆或生态中心的项目指南。”
——斯科特·斯图尔特（Scott Stewart），千禧公园基金会（Millennium Park Foundation）执行董事

“这本书的理念非常棒：通过探索和解释花园里的生物，来吸引园丁和好奇的读者进入科学世界……花园可以成为特殊的生境，提供独特的教学场所。纳迪很好地利用了这一点，他描绘了不同大小的土壤颗粒与微型无脊椎动物和其他土壤生物，说明了开花植物的四季变化，并解释了杂草如何扩散。”
——《生物学季评》



 

引 言
植物用来做研究再合适不过——通过播种或扦插来培育它们很容易；它们也能够被放在方便观察的地方，让我们思考作为植物是怎样的体验。 当然，我们中的大多数人日常接触的植物并不多，只限于频繁侵占早熟禾草坪的杂草，或是被剪下做装饰性切花的那些植物，以及不带叶、茎、根被采收的果实，还有食杂店货架上的蔬菜。 我们极少目睹幕后的情景，不清楚花园中、农田里、草甸上、树林里都发生了些什么。 我们之中，有多少人会注意到种子里已经预先成形的植株？又有谁见证过从缤纷花朵到甜美果实的完整历程？世间的植物无奇不有。 它们有的具有会爆裂的蒴果；有的会攀爬缠绕，长着可以盘绕的卷须；有的能移动自己的叶片和茎干；有的则能感知触碰，感知光线的强弱与重力的方向，感知白昼和黑夜的时长。 植物对周边世界的反应或许与我们和其他动物大相径庭，但很快我们就会开始欣赏它们，因为它们的生命历程中充满色彩、冒险和令人赞叹的行为。
从简简单单的一粒微小种子开始，植物慢慢生长，舒展出数不清的根和叶。 到了特定时节，它会开花，花朵再转变为蕴含种子的果实，而种子又将萌发，植物家族的新世代就此开始它的旅程。 作家薇拉•凯瑟（Willa Cather）对树的观察显然也适用于所有植物：“我喜欢树木，因为它们似乎比其他任何生物都更能顺应环境。”植物接受我们的陪伴，允许我们旁观它们的私生活，并努力适应我们给予的安身之所。 当我们对它们的行为模式及其诱因发问时，我们期待通过观察它们如何应对变化及适应环境，最终获得这些问题的解答。经过仔细的观察，我们会开始产生一些有关植物行为模式的观点和假想。 利用植物进行实验来验证这些假想时，我们也常常会对植物提出一些问题，这些问题很可能从未有人提过。
植物生命中仍隐藏着许多秘密。 举例来说，现代西方科学界直到最近才发现植物之间的相互通讯。 尽管植物在地上的交流方式我们已经开始有所了解，植物地下交流的相关情况却仍笼罩着重重迷雾。 虽然缺乏精密的仪器，但只要有“耐心和百折不挠的意愿”，我们仍可以观察到过去未曾观察到的情况。 我们对植物之间以及植物与环境之间如何相互作用这一主题的理解及相关知识，都会因为这些发现而更为充实。 在观察并做笔记时，应当牢记亨利• 戴 维• 梭 罗（Henry David Thoreau） 的 那 句话：“看 什 么 并 不 重 要，重要的是你看到了什么。”
在对观察到的植物界现象做出设想时，我们是在提出假说（hypothesis）。 要验证这些假说，必须设计一些实验。 实验会着手验证有关植物生命的某个特定假说。 每个假说都会预测一个实验结果。 验证的过程会让我们知道预想结果是否与观察结果吻合。 这种对植物，或更笼统地说，对自然提问的方法，就是所谓的科学方法。
必须一提的是弗朗西斯•培根（Francis Bacon， 1561—1626），很大程度上，正是他奠定了我们今天使用的科学方法的基础。 梭罗劝诫我们要检验对所见事物的解释和猜想。 培根则指出我们对世界的认知源自我们的五感，来自我们对自然的直接观察，但我们的感官体验常常不过是对事实的某种曲解。 我们应该时时验证自己的理解（假说），并勇于承认自己喜爱的某个假说可能是错误的。 两百多年后，另一位英国科学家托马斯•亨利•赫胥黎（Thomas Henry Huxley， 1825—1895）提醒我们，人们有执拗地坚持某些假说的倾向，即便它们与实验结果完全不符：“丑陋的事实会屠戮美丽的假说，这是科学带来的巨大悲剧。”
园丁中涌现过最早的一批科学家，他们现在仍是科学家中最善于观察的一群。 正是一些默默无闻的园丁，最先发现可以栽培的野生植物种类，告诉人们如何提高作物产量以及如何促进水果成熟。 几个世纪以来，善于观察的园丁不断挑战由科学家提出的被普遍接受的假说。 其中之一就是英国牧师吉尔伯特•怀特（Gilbert White）。
在 1789 年出版的《塞尔伯恩博物志》（The Natural History of Selborne）一书中，怀特记录了他在自家花园观察到的种种物候现象，前后时间跨度超过 25 年。 与他同时代的科学家和农夫都认为蚯蚓是有害的，它们会啃食幼苗并留下乱糟糟的蚯蚓粪。 怀特通过在自家花园中的观察，设法验证了一个假说，即蚯蚓其实对花园有益。“蚯蚓似乎对植物的生长大有助益，它们在土壤中钻孔打洞，土质因而变得疏松，雨水和植物根系得以在土壤中通行无阻；它们还会把稻草、叶梗和细枝拖入土壤；最重要的是，它们留下无数被称为蚯蚓粪的小土块，对谷物和草类来说，这种排泄物是一种优质的肥料。”直至今日，仍有很多园丁通过观察取得了重要发现，这些发现也进一步对科学家提出挑战，要求他们对植物的行为模式和背后的原因做出更为详细的解释。
本书所讨论的许多实验都可以验证一个概括性的假说，即近距离观察自然并与自然紧密合作，园艺会变得更简单，也更富回馈。 而另一个流行的假说认为，使用人工合成的杀虫剂、除草剂和肥料去对抗自然，园艺和农业才可能获得成功且回报丰厚。 我们在花园中发现的种种事实是会驳斥还是支持传统农业的这一假说呢？
本书以引言开篇，之后共有十章，每章会着力解说植物生命活动的一个重要特性，并分析它如何被植物与周边世界的相互作用所影响。 每章的开篇都有一张展现微生态系统的插图，聚焦本章的相关植物特性。 这些插图描绘了常见蔬菜花卉以及和它们共享花园的动物。 花园与农场以往被太多地描绘成整齐划一的一排排植物的图景，似乎完全不受那些和它们共享地上和地下世界的其他生物的影响。与之相反，花园更应该被看作一个生物群落——植物、动物、真菌、细菌之间和谐共存，尽管这些生物的形态和活动各不相同。 其实也正因为这种多样性，群落才成其为群落。
每一章都陈述了该章主题相关的背景信息，并包含一些加深理解的内容，即“观察”以及对假说的“求证”，这些都要通过直接接触活生生的植物才能实现。 前九章侧重于描述植物如何努力生活，从最初的种子开始，经历成长、开花、生籽、结果，经受住来自天气的威胁和其他生物的攻击，直到最后的死亡。 它们和其他生物一样，过着充实而美好的生活。 它们完成所有这些壮举的方式，正是我们试图通过观察和实验去理解的。 植物细胞和组织的显微照片，让我们能够欣赏细胞如何组成叶、花、果这样的复杂结构，理解细胞排布方式如何促使植物组织履行自己的职能。 植物细胞和组织的照片还可以帮助读者理解，肉眼不可见的细胞变化如何引起植物在宏观上明显的色彩和形态变化。 从此前生长于园中的植物那里回收再生的营养，养育了现有的这些植物；而在它们死后，它们又把这些借来的营养返还给土壤，养育新一代的植物。 这九章涵盖了花园植物的日常生活，告诉我们为什么这些平凡的生命值得我们关注；最后一章则专注于描述动物和微生物伙伴，即那些与我们共享花园的生物，它们是园丁的好帮手。
像本书建议的这样，进行观察并动手验证假说，可以进一步完善我们对植物生命的现有理解，同时也为我们提供了在花园中亲身体验自然的机会，使我们与植物王国成员的相互交流愈加丰富。 交流生物学发现的欣喜之情，与因热爱花园和自然而生的好奇心以及源自科学实验的更深层次理解相辅相成。 我们目前对植物的认知正是通过这些观察和对假说的验证点滴积累起来的。
人类攀升到现有的植物学认知水平，其间历经了怎样的波折？要理解这一历程，最佳方法之一是回顾那些重要节点上人们所做的观察、提出的观点和进行的实验——无论成败与否——正是它们引领我们到达每一个全新的认知层面。 每攀升到一个新高度，我们都能更加清晰地认识到，应该聚焦于哪个问题以及如何发问。 当我们的认知提升到更高层次时，寻求新知的路往往迂回曲折。 但只要持续提出与植物相关的问题，我们现有的知识就会不断得到增长和修正，一些信息甚至可能被证明是彻头彻尾错误的。 我们当前对现存生物的认知，不应该被表述为僵硬死板而不可变通的事实，而应该是不断被深入发掘的知识，新的观察和实验常常会将其修正甚至彻底颠覆。植物与我们共享这个世界。 本书呈现的那些观察和假说将向读者展示，那些因为发现有关植物生命的更多信息而激动不已的人们，当时是如何思索前进的。 任何人都可以像科学家一样思考。 只要耐心观察并深思熟虑，任何人都能体验发现新知的喜悦，为我们不断增长的植物学知识体系添砖加瓦。
若要亲自动手完成实验，以检验有关植物生命活动的假说，需要准备一些廉价而易得的物品，如种子、花盆、培养皿、小瓶、幻灯片等。 作为实验对象的蔬菜和水果在食杂店、农贸市场和公园绿地很容易就能找到。 这些实验拥有经久不衰的吸引力，正是因为它们容易操作，并且揭示了寻常植物被忽视的非凡特性。 即便是常见的事物，近距离观察也会有新发现，正如博物学家约翰•巴勒斯（John Burroughs）宣扬的那样：“要发现新事物，走昨天的老路即可。”本书是一本科普读物，里面涉及的实验非常适合园丁、孩童、老师及学生，引人入胜且极易理解。

詹姆斯•纳迪（James Nardi），美国伊利诺伊大学厄巴纳-尚佩恩分校的生物学家，科学插画师，有机园艺践行者。
桔梗，本名李婕妤，毕业于浙江大学材料系。2013年加入光合作用字幕组，多年来一直从事园艺视频的字幕翻译和校对工作。参与翻译的已出版作品包括《怎样观察一粒种子》《DK园艺智慧》等。

本书以花园中的常见植物为切入点，通过细致的观察和容易操作的小实验，阐述了科学研究的基本方法，即观察现象—提出假说—验证假说。
全书共分为十章，每章聚焦于植物生命活动的一个重要方面，包括光合作用、运动本领、传粉和受精过程、色彩的形成、气味和精油的作用等。作者以平易近人的文字，深入浅出地讲述了植物的生理学、细胞生物学和生态学知识，是一本非常实用的自然教育类图书。

序 I
引言：与植物对谈 IV
第 一 章 种子  001
第 二 章 芽与茎干中的干细胞与分生组织：向上、向下及径向生长  019
第 三 章 地下世界：鳞茎、块茎和根  045
第 四 章 从开花到结果的历程  065
第 五 章 来自阳光的能量与来自土地的营养  089
第 六 章 藤蔓与卷须、叶与花的运动  125
第 七 章 杂草的智慧：植物如何面对逆境  139
第 八 章 植物的色彩  163
第 九 章 植物的气味与精油  177
第 十 章 园艺伙伴：与我们共享花园的其他生物  195
结  语  219
附 录 A 植物体内重要的化学物质  222
附 录 B 本书提到的植物  226
名词解释  233
单位换算表  245
延伸阅读  246