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六十年代初，在植物学的问题中，除了《兰花》以外，他着重研究了某些植物的花的二形性和攀缘植物。
早在一八六○年夏天，他就对报春花的二形性进行了十分有趣的考察。有一种花长着一些比雄蕊高的长雌蕊；它们的雄蕊是小粒花粉，花冠有一个较长的颈。另一种花长有一些短的雌蕊和带着许多大粒花粉的长雄蕊，花冠的颈也较短。达尔文的第一个想法是，这里有着从两性花到单性花的过渡，长着短雌蕊的花更接近于雄性，而长着长雌蕊的花则更接近于雌性。但是这种假说看来是错误的，是没有经过试验证实的。不管怎样，有趣的是两种类型的花在性方面是不同的；例如，长有长雌蕊的花虽然用本身的花粉受精，但不是所有的花都能孕育。只有在不同品种的花相互杂交的情况下，才能达到完全孕育。
一八六一年秋天，达尔文写完了樱草二形性的著作，并把关于报春花的论文寄给《林纲学会会报》，该杂志刊载了这篇论文。他甚至决定亲自在伦敦林纳学会上报告这篇论文，他十分重视这一点，这可以从一八六一年十一月二十一日给虎克的信中清楚地看到：“我决不认为，我给予了林纳学会以‘强烈的印象’，但是，林纲学会的确给予了我以强烈的印象；因为我到第二天晚上很晚的时候才起床，我只能够爬回家去……令人极为苦恼的是，我不能够做其他人做的事情”
千屈菜这种植物更加有趣，因为它是具有三种不同的雄花和三种不同的雌花的三种形态的花。达尔文把三种形态的花粉同一种其中可能有一切（十八种）组合的三种形态的雌花进行了杂交。达尔文“象疯子一样”地高兴，他认为，这些事实应该使任何承认物种不变的理论发生动摇，而试验（他当时对报春花进行的，把两个性的花粉带到同一朵花的柱头的两个部分的试验）向他表明，柱头似乎不同于花粉，就是说，只有另一种花的花粉是在唇瓣的杓管里发芽的，而同一品种花的花粉是不会长出杓管来的。因此勿庸置疑，两个品种的花在花方面是不同的。
他打算看到，这些品种的差别的意义在于，不同品种的花的雄性器官和雌性器官是在不同时期成熟的。
对千屈菜三形性的这些观察，同不久前对报春花二形性的观察一样，也刊登在《林纳学会会报》上；报春花载于一八六三年，而千屈菜载于一八六四年①。
①后来这三篇合在一起，叫作《同种植物上的花的不同形态》（1877）。
他当时同植物学家虎克、爱沙·葛雷、季泽尔顿、达伊尔、边沁以及园艺爱好者的通信是特别频繁的。他们在给虎克写信时说，达尔文早就把他看作“自己的读者”，并且“对他的意见比任何其他人的意见都更感兴趣”。虎克当时代替了他父亲任基由皇家植物园园长的职位，他一直非常亲切友好地对待达尔文，经常供给达尔文植物资料，并十分关心达尔文所有的植物试验和观察。爱沙·葛雷写了许多赞扬达尔文植物学著作的评论。达尔文给他写信道：“您以最高的恭维话结束了您的评论。如果您尚未冲昏我的头脑的话，如果尚未把我弄成一个令人作呕的、目空一切的人的话，您和虎克看来决心要冲昏我的头脑，并且以自负和虚荣来哄骗我。”
写完《兰花》以后，达尔文着手写另一部植物方面的巨著《攀缘植物的运动和习性》。这里有着缠绕植物产生非常合理的运动的饶有兴趣的问题。达尔文写这部著作的原因，是由于他在一八六二年读了他的朋友爱沙·葛雷于一八五八年发表的一篇论葫芦植物卷须的盘绕的短文。达尔文对这篇文章很感兴趣，爱沙·葛雷给他寄来了种子，达尔文把种子种上，培育出了这种攀缘植物，并把它放在自己的书房里，使他感到惊奇和高兴的是，他能够观察到这种植物最上面的两个叶子中间的那段茎在不断地、缓慢地旋绕。看来，这种旋绕和光线毫无关系，但是，达尔文认为，这是“事先规定好”为了要让植物的卷须缠绕某种支柱、棍子或树枝。还指出，卷须对所接触的东西非常敏感，并且一经触及就很快在这种或那种支柱的周围缠起来，然后就长粗、变硬，固定在这些支柱上。
达尔文认为，攀缘植物的运动，也象兰花靠昆虫传粉的活动一样，是自然选择作用的一个很好的例子，因为自然选择把愈来愈适宜的器官和愈来愈适宜的运动保存下来，并传给后代。他给虎克写信道：“对我来说，这是一种新工作，使我高兴的是，我得出了这样的结论：在进行观察时，充分相信物种是可以改变的这一原则是一种极好的指导原则。”
一八六三年秋天和翌年春天，达尔文病趋严重。据他说，他当时除了观察攀缘植物外，什么事也不能做，这使他感到极大的愉快，并使他得到安宁。按照他的习惯，他会尽量广泛地搜集研究的对象，从各地订购不同的攀缘植物的种子。其中很多种子是从基由植物园他的朋友虎克那里弄到的。为了确定卷须在附着硬物时的敏感性，他把有一定重量的线挂在卷须上，观察卷须的反应。他认为，攀缘植物能够伸到有光线的地方，并把叶子伸向有光线的地方和户外，而且它能够比一般植物消耗有机物要少得多地做到这一点。他认为，攀缘的“方法”是不同的。
达尔文把他研究的植物分为四类。第一类（缠绕的）植物是我在上面曾经提到的借助旋绕运动而爬攀，而且这种运动可以由顺时针方向改变为逆时针方向。嫩枝在遇到支柱后便停止运动，但是，嫩枝在支柱外的部分继续旋绕，于是新长出的部分同支柱接触，植物就围住支柱缠绕起来。例如，啤酒花就是这样。
在第二类植物中，起作用的是接触处引起的刺激，因为植物在此处变弯，并且围绕着支柱生长。达尔文把这类植物又分成几小类：一类是有感觉的地方在叶柄，一类是有感觉的地方在叶子中间的叶脉。这些叶子攀缘植物用有感觉的地方缠住支柱，这个地方往往长得很粗，变得很硬，而且植物牢牢地附着支柱之后，就不可能再被风刮掉。达尔文认为，那些不用有感觉的叶子，而有着感觉的卷须的植物，也应属于对接触到的东西有感觉的植物这一类。他认为，这些植物最能攀绕。他把用钩和根攀绕的植物（的确，攀绕能力较差）归于第三类和第四类。
有趣的是，攀绕植物在各个大陆为数很多，而且各个不同科的攀缘植物随处可见。当时植物分为五十九个目，其中有四十五个目是攀缘植物。达尔文通过许多例子表明，叶子攀缘植物大概起源于缠绕植物，因为在它们之间有很多过渡形态。此外，叶子攀缘植物多数仍保持着缠绕植物所特有的旋绕运动，这有助于它们“发现”支柱。同时，从叶子攀缘植物很容易转变成带卷须的植物，因为卷须往往是变相的叶子或花柄（象葡萄那样）。卷须植物节间的旋绕运动比叶子攀缘植物运动要少一些。在叶子攀缘植物和卷须植物之间也有各种过渡形态。
有些攀缘植物表现出十分特殊的性质。例如，有些藤本植物的卷须（如紫威卷须），正如达尔文指出的那样，不喜欢光滑的树干，甚至也不喜欢粗糙的树皮，而喜欢和苔藓、亚麻或兽毛之类的绒毛纠缠在一起，并牢牢地系在它们上面。达尔文请求准备去南方的虎克验证一下，爬有这种藤本植物的树上，是否长着苔藓或者地衣。野葡萄的器官也是很有意思的：它的卷须凭借顶端长着特殊的突起物或悬空附着在墙壁上，并沿着墙壁蔓生。达尔文指出很多这种极为有趣的特殊器官。
达尔文把他的关于攀缘植物的论文寄给《林纲学会会报》，论文于一八六五年在该杂志上发表。十年以后，他又重新谈及植物运动的问题。
由此可见，达尔文较快地写完了这些植物学的著作，这些著作并没有使他花费多大力气。
在这些年中开始写的第二部著作《动物和植物在家养下的变异》，则使他花费了很多时间和劳动。
我们已经指出，达尔文的自然选择理论来源于人的实践，来源于人工选择。因此，他的理论具有非凡的生命力。难怪他不顾很多朋友的意见，坚持用“自然选择、选择这一已被人的实践证实了的术语”。首先他在《动物和植物在家养下的变异》中用几乎是彻底的、非常深刻的方法研究了这种实践，并且对这种实践作出了评价。的确，在整理这种实践的方法中有一个特点，有些人在不久前还是用傲慢的讥讽态度对待这个特点。
正如我们说过的那样，达尔文往往引证这个或那个通信人、专家或实践家在某个问题上的证明和意见。我们的科学工作已经形成这样的习惯形式，任意破坏这种习惯形式，在我们看来都是“不科学的”。我们必须要求在引用已经出版的著作中的文字时，要准确地指出版本、年代、卷次和页码。的确，达尔文在《动物和植物在家养下的变异》一书中，表现出他学识渊博：他的著作中有大量的引文，除了纯文献资料外，他还报道了很多他从实践家和专家那里得到的消息，他本人同这些实践家和专家保持着密切的联系。这并非偶然，因为这是他确定的工作方法①，是非常有生命力的一种方法。难怪他在《地质学》中指出，“商谈使人有经验”。
①见第五昌“家鸽。的注释1和2。他在注释里列举了那些愿意把自己的一些家鸽和有关这些家鸽的资料送给他的通信人。
在该书的头十章里，他详细地描述了家养动物和栽培植物的品种和类别，并试图回答这样一个问题：某些类型的生物究竟来自或者可能来自哪种野生祖先，以及它们在家养状况下会得到什么样的变异。所以，他在第一章里详细分析了家狗和家猎，第二章是马和驴，第三章是猪、牛、绵羊和山羊，第四章是家兔，第五章和第六章是家鸽，第七章是家鸡，第八章是鸭、鹅、孔雀、吐绶鸡、珠鸡、金丝雀，以及金鱼、蜜蜂和蚕。第九章和第十章研究的是家栽植物：谷物、蔬菜、果树、观赏树和花卉。其余各章（十一——二十八）具有较多的理论性质。
达尔文阐述了当时关于果实、花、叶、根条等的芽变知识的情况，这是一大进步。令人极感兴趣的还有达尔文仔细搜集的，由于嫁接而产生的有关无性杂种的事实。他认为，嫁接杂种在各方面都与种子杂种相似，并认为被观察到的事实“使人们弄明白了一个极为重要的生理学上的事实，即产生一种新生物的要素并不完全是由雄性和雌性器官形成的。这些要素本来就存在于现有的细胞组织中，它们在没有性器官的作用下也可以结合在一起，并因此产生兼有两亲体生物性状的新芽①。”
①引文引自《……变异》第二版1875），见查·达尔文《动物和植物在家养下变异》。苏联国家农业出版社，1941年版第279页。
有关遗传的几章（十二——十四章）特别值得我们注意。达尔文一开始就着重强调说，重新出现的性状通常都要遗传。他说：“当一种新的性状产生出来的时候，不管它的天性怎样，一般都具有遗传性，尽管这种遗传性是暂时的，然而有时却表现得极为顽强。还有比以下的情形更