第三章植物揭秘2(2 / 3)

熱帶有一種蘭花,它的下唇花瓣很像一隻浴盆,裏麵常貯滿清水。浴盆內有一條狹窄的甬道,甬道的頂部生有雄蕊和雌蕊。當黃蜂鑽進花內吸蜜時,一失足跌入浴盆內。當它濕淋淋地爬起來掙脫逃走時,隻能從甬道爬出來,這樣就讓黃蜂把從別朵蘭花裏帶來的花粉,塗抹在這朵花的雌蕊上,同時又讓黃蜂把這朵花的花粉帶出去。

上麵的例子告訴我們,不同種類的昆蟲為特定的開花植物傳送花粉,同時又以這些植物的花粉作為自己的營養物質。在這種互利互惠、相互適應的過程中,它們各自的種族都得以繁衍。

花與昆蟲的關係不是一朝一夕形成的,它是在長期的生物進化過程中,植物與昆蟲彼此相適應的結果。

植物遭遇幹旱時是如何反擊

水是植物體內最多的物質,也是最重要的、無法替代的物質。水分占植物體鮮重的60%至90%,既可作為各種物質的溶劑充滿在細胞中,也可以與其他分子結合,維持細胞壁、細胞膜等的正常結構和性質,使植物器官保持直立狀態。植物細胞內的物質運輸、生物膜裝配、新陳代謝等過程都離不開水。

如果沒有水,植物將無法順利地散發熱量,保護自己不受炎夏的烈日灼傷。如果沒有水,植物也無法吸收土壤中的礦物質和有機營養。水不但是植物體自身生長和發育必需的物質條件,也是植物體與周圍環境相互聯係的重要紐帶。

當一棵正在旺盛生長的植物所能吸收的水分不能滿足自身需求時,最初,葉片隻是一點一點地萎蔫。如果不能得到及時的水分補給,植物就會逐漸放慢甚至停止生長發育,葉片乃至整個植株逐漸幹枯,變黃脫落,輕則生物量下降,重則植物死亡。

導致植物幹旱的原因很多,一種是由於土壤水分不足,致使土壤鹽分濃度增高和有毒物質增多,使植物根係不能吸水分而萎蔫,還會進一步加深幹旱的傷害。那麼,植物在幹旱來臨時就隻能被動忍耐、束手無策了嗎?

雖然對大多數陸生植物來說,抵禦幹旱的能力有限,尤其是生長在水分較豐富地區的那些很少遇到幹旱的濕生植物和中生植物,即使這些植物也都具有一些基本的手段,可以抵禦持續時間短的、程度較輕的幹旱脅迫。

如果幹旱脅迫延長,植物就會加強根係的生長,主根向下伸長進入更深的地底尋找水源,側根和根毛增多,使植物吸收水分的麵積增大,促進水分的吸收。同時減緩地上部的生長,以減少水分和能量消耗,並轉向生殖生長,促進衰老以加速果實和種子成熟,以生物量和產量為代價來換取生命的延長和延續。這也是為什麼旱災經常導致嚴重的農作物減產。

偉大的自然界中總有堅強的鬥士。雖然幹旱會對植物造成巨大的傷害,雖然植物無法像人和動物一樣逃離危險,但是即使那一望無垠的古老荒漠的墨西哥北部高原也遍布著“荒漠之泉”仙人掌,甚至那堅硬的石頭上都可以看見倔強的“九死還魂草”卷柏。我們不得不讚歎自然進化的神奇和生命的頑強!

這些不幸生長在缺水幹旱環境下的植物又是怎樣活下來的呢?如果要用一句話概括,應該是八仙過海,各顯其能。

在非洲的撒哈拉大沙漠裏生長著一種叫“短命菊”的菊科植物,隻要有一點點雨滴的濕潤,它的種子就會馬上發芽生長,在短暫的幾個星期裏完成發芽、生根、生長、開花、結果、死亡的全過程。

沙漠中還有一種木賊,它的種子在降雨後10分鍾就開始萌動發芽,10個小時以後就破土而出,迅速地生長,僅僅兩三個月就走完了自己的生命曆程。它們懂得適應氣候特點,利用短暫的雨季或僅一次降雨來完成生長和繁殖,而避開旱季。這種策略是避旱。

更多的植物是通過一些特殊的結構上的適應來維持在幹旱環境中生長發育所需的水分,通常被冠以“耐旱植物”的美稱。例如一些生長在我國西北沙漠和戈壁中的植物常具有十分發達的根係,能充分利用土壤深層的水分,並及時供應地上器官,就像沙漠中的胡楊樹,可將根紮進地下10多米,頑強地支撐起一片生命的綠洲。

有些植物為了抗旱,退化葉片,或將葉片變成鱗片、膜、鞘、革質,以減小蒸騰失水,就像梭梭和檉柳,最大限度地保持和利用那來之不易的有限水分。另有些植物具有特殊的控製蒸騰作用的結構,如馬藺葉片表麵具有的厚角質層,沙冬青的葉表麵有一層蠟質或灰白色毛,夾竹桃葉片氣孔凹陷等。這些耐旱植物對付旱情的有力措施,都是通過有效地保水或吸水以保持達到水分平衡的目的。

仙人掌科和景天科植物更為特殊,具有肉質結構,貯水組織非常發達,如北美洲沙漠中的仙人掌,一棵可以高達15米至20米,貯水2000千克以上。

另外,這類植物有特殊的光合固定二氧化碳途徑,氣孔白天關閉,利用體內固定的二氧化碳進行光合作用。夜晚張開,吸收二氧化碳並固定。這樣一來,既可以減少蒸騰量,維持水分平衡,又能同化二氧化碳,這種策略也是保水耐旱。

自然界中還有一類植物,它們可以生活在極端幹旱的環境裏,但是並沒有特殊的結構來保水,也沒有強大的根係來吸水。這類植物采取的是一種相反的策略,即快速徹底地脫水,減弱生理代謝活動,進入一種類似休眠的狀態度過幹旱時期。而在水分變得充足時又快速地吸收水分,恢複生活狀態,繼續完成其生活史。

在休眠至生長的這個過程中,這些植物表現出形態結構上的可見變化,幹旱時葉片發生卷曲、變硬、失綠,複水時逆轉,重新變得舒展、柔軟、鮮綠,就像它死而複生一般,因此人們把這類植物稱為複蘇植物。英語有個非常有意思的表達,說它們是幹而不死。

我國明代《本草綱目》中就記載過的“九死還魂草”卷柏,可以在晾幹後,經浸水而生。據說卷柏的幹標本在時隔11年之後,浸在水裏,居然能還魂複活恢複生機。筆者也曾將一種名為牛耳草的苦苣苔科植物風幹5年後放在濕濾紙間,幾個小時後就複蘇了。所以這類植物的適應策略是耐旱但不保水。

細胞學和分子證據顯示低等複蘇植物和高等複蘇植物在幹旱和複水過程中的表現和采取的手段是不同的,後者顯然更經濟劃算。雖然很多陸生植物的種子和花粉能夠耐脫水,但複蘇植物是唯一能夠以葉子等營養器官忍耐脫水的一類植物。

最新的理論推測耐脫水性是一種古老的性狀,大概在植物從水生向陸生進化的過程中獲得。但由於陸生植物獲得了越來越有效地吸收、運輸和保持水分的結構如維管組織,這種耐脫水能力僅僅被保留在種子和花粉中,而在葉片等營養器官中被丟失了。

隻有生活在長期或季節性幹旱生境中的一些植物在長期適應性進化過程中對種子中的耐脫水程序進行重新編程,使之在營養器官中重現而重新獲得了複蘇能力。

對自然奧妙的好奇一直是科學進步的主要動力之一。雖然植物幹旱反應與適應這個問題在人類孜孜不倦的努力探索下已經獲得了長足的進步,然而,關於形形色色的避旱植物和耐旱植物適應幹旱的分子機理、環境影響與遺傳控製,以及能否加以利用來改良農作物的抗旱性,仍然是很多科學工作者正在努力攻關的難題。

讓我們大膽地設想一下吧,也許將來的農作物在“赤日炎炎似火燒”的時候也可安然度過,而不會“野田禾苗半枯焦”。也許將來的莊稼可以種到沙漠,將沙漠變成綠洲。也許將來的植物能夠像還魂草一樣可以晾幹保存,隨時複蘇再生長。科技的進步已將很多先民無法想象的事情變成了現實,誰又能說我們今天的這些夢想不會有朝一日實現呢?

植物與環境的巧妙適應

植物王國不僅有著偉大的生命活動,而且種類繁多、姿態萬千。它們有的挺拔參天,有的細如絨毛,有的四季常綠,有的五顏六色。

植物也幾乎無所不在,有的長在高山,有的生於深海,有的附生於其他生物之上,有的又寄生在一些生物體內。無論是幹旱少雨的沙漠、終年積雪的冰峰,還是氣候極為惡劣的南北極地,都有它們的蹤跡。

你要想知道植物與環境如何巧妙的適應,千歲蘭就是一個很好的例子。千歲蘭生長在非洲西南部的納米布沙漠。這兒雨水奇缺,每年降水量隻有1毫米至15毫米左右,大雨更是罕見,100年也可能隻出現一次至兩次。幹、熱、缺水和高溫,正是一望無垠大沙漠的特點。

千歲蘭能與沙漠共存下來的秘訣在哪裏呢?如果你有幸能在這裏住上幾天,再仔細觀察一下千歲蘭莖、葉的特點,說不定可幫助你解開這個謎。千歲蘭的莖十分短粗,直徑有一米左右,高隻有02米至03米,根又直又深。

千歲蘭的莖頂下凹,像個大木盆。木盆邊卻有兩片牛皮紙一樣的又長又寬的帶狀葉片。葉片寬約03米,長2米至3米,分別長於木盆兩側。由於沙石的磨損和幹燥的氣候,葉片常裂成許多細片,當你遠遠望去,整個幹歲蘭植株就仿佛是一隻爬附在沙海上的大章魚。

沙漠幹旱,別的植物都把葉子縮小成針狀或刺以減少水分蒸發,可千歲蘭卻一反常態,葉片長得又大又長,真是怪事。其實,千歲蘭存活的秘密就與這兩個巨大的葉片有關。

原來,納米布沙漠的氣候有點古怪。它是近海沙漠,在夜晚有大量海霧形成重重的露水滴落下來,千歲蘭就可以通過它的又大又寬的葉片吸收凝聚在葉麵上的水分,彌補土壤中水分的不足。再加上它那又直又深的根可以吸收一些地下水,這樣,在納米布沙漠就可以找到立足之地了。

千歲蘭的葉片基部可以不斷生長,雖然葉片前端可能損傷破壞,但基部可繼續補充,所以,不但它的葉片形狀奇特,葉片的壽命也極長,一經長出終生不換。

科學家估計,千歲蘭一般能活百年,以至千年。壽命最長的,據說有2000年。這樣,它的葉子當然也可活千年,成為壽命最長的千歲葉了。千歲葉,這在植物中也可能是絕無僅有的。

千歲蘭是特殊環境中形成的特殊植物。除了納米比亞及其北部的安哥拉荒漠地區以外,地球上再也找不到它的蹤影,所以珍稀程度更是不言而喻。

拉氏瓜子金這種“帶水壺的藤子”,與幹歲蘭以葉取水的方法有異曲同工之妙。拉氏瓜子金是生長在東南亞、熱帶雨林中的一種藤本植物。它的莖不粗,節上一邊長著橢圓形的葉片,另一邊則長著氣生根。但在原來長葉的地方,有時卻為一種長達10多厘米的瓶狀葉所代替,節上的根則一頭紮進這種瓶子中。

拉氏瓜子金的根紮到瓶子中去幹什麼呢?原來是為了吸水。按理說,熱帶雨林還缺什麼水!不過,雨林中盡管降雨豐富,但也總有不下雨的時候,特別是這些掛在半空中的藤子,每當兩場雨間隔稍久,就會感到幹渴。

這時,拉氏瓜子金就可利用在降雨時注滿了雨水的瓶子來補充飲料,以解除幹渴之患。當旅行家在雨林中發現拉氏瓜子金的瓶狀葉時,無不讚歎大自然造物之神奇。於是,人們給它取了一個十分形象的名字,那就是“帶水壺的藤子”,因為它與旅遊者背著水壺的目的簡直是太相像了。