植物不畏寒与旱之谜

[2015-07-17] 作者:世界未解之迷网 阅读量: 分享到_微信朋友圈:

点击查看原图

  寒冷的环境里

  说起不畏严寒的植物,你很可能会想到梅花。确实,在冰天雪地里,当不少艳花嫩蕊都纷纷凋零时,梅花却依然舒枝怒放,喷香吐艳。即使是漫天飞雪也不能损其肌肤,掩其俊俏。不畏严寒的植物远不只有梅花这一种,如生长在我国青藏高原上5000多米高处的雪莲花,也能对着皑皑白雪,开出紫红色的鲜花。

  要问这些植物为何都不畏严寒,也许不少人会认为,它们一直生长在这些寒冷地区,自然天生就拥有这种耐寒的本领了。真是这样吗?

  其实,根据一些过去气候环境的研究,以及植物化石的证据都表明:最早的开花系植物是生长在温暖的赤道地区的。后来,由于种种原因,一些植物被迫离开赤道地区,才在一些稍冷的地方安家,它们也就逐步具有了这种耐寒的能力了。而且,梅花并不是人们所想的那样喜爱寒冷的环境,相反,它们性喜温暖、湿润的气候,在年平均气温16~23℃的地区生长发育最适宜。但即使这样,梅花一般也能耐-10℃的低温,还有像杏梅等品种竟能耐-25℃的低温。

  可见,植物的耐寒本领也不是天生就具有的!那么,它们究竟是怎么进化出如此强的耐寒能力的呢?

  与动物不同,植物不能通过迁徙或者躲在洞穴里来逃避寒冷,也不能产生热量来取暖。与其说是寒冷,倒不如说是冷冻给植物带来了问题——冷冻能引起植物体内水运输系统中气泡的形成。就像在一个冰块中,你同样能看到一些悬浮的气泡。而植物体内大量的气泡聚集是会带来很严重的后果的:当水解冻时,它们便会堵塞水运输通道,使水无法从根部流向叶子,这样就会导致植物死亡。

  为了揭示植物耐寒的特性,美国佛罗里达大学和田纳西州大学的科学家构建了3.2万种开花植物的进化树——目前包含最多植物种类的进化树,并将此进化树与原有树的严寒暴露记录,以及数千种植物的叶片、茎干数据进行了比较。

  结果发现,在寒冷气候袭击之前,许多植物就已经全副武装地来应对寒冷了。具体而言,一些植物为了避免水运输通道被堵塞,在冬天不仅关闭了原有根和叶片间的输水通道,还创建了更好的水运输系统——拥有更为狭窄的输水通道,这样就大大降低了冷冻过程中产生气泡的风险。而更多植物的输水通道在冬天则并不会关闭,为了让植物能够活下去,它们在输水的同时,也能输送少量的气泡;但是水流不会到达叶子上,因为叶子吸收水分较多,所以在冬天一些植物有叶子脱落的现象——有效地切断了根部与叶片之间的水流,减少水的蒸发,从而减少能量的散失。值得一提的是,这些落叶植物只有在其遭遇了冷冻之后才能获得在冬季落叶的能力。

  此外,还有些植物会在冬天彻底死掉,或者仅地表以上的部分死亡,等到天气转暖时再从根部重新发芽或通过种子长出新的植物。这就是人们常说的过冬的种子。

  看来,寒冷非但没让植物“吓倒”,反而还让植物进化出了不少应对寒冷的办法。难怪它们不怕冷哩!

  干旱的环境里

  植物抗寒的妙招不少!其实,在应对干旱气候方面,它们同样也不逊色。

  我们知道,在沙漠地区,一般年平均降水量多在200毫米以下,甚至小于50毫米,所以,对于植物而言,水是非常稀缺的资源。而且,在沙漠环境中,多变的气候是很常见的,水的供应也往往存在随机性——有的年份和地区的降水会比较集中,而其他年份和地区则会保持持续干旱。即使这样,许多植物还是已经适应了这种恶劣的环境。但在面对有限的资源时,它们又是如何来抵抗干旱的呢?

  美国亚利桑那大学的科学家对一些沙漠植物群落近30年的组成变化进行了调查研究,结果发现,随着气候变得越来越炎热干旱,一些低耗水高水分利用率(低耗水是蒸腾作用弱,高水分利用率是能充分利用吸收的水分)的植物在沙漠地区越来越常见,而那些高耗水低水分利用率的植物正在逐步减少。而且,所有的植物群落都能够在多雨和干旱的年份进行相应的变化——在多雨的年份,植物群落具有较高的密度和多样性;在干旱的年份其植物总量和种类数目均有所减少。

  此外,研究人员又进一步对生长在索诺兰沙漠(北美洲四大沙漠之一)的一些当地植物进行了分析,通过测量其枝、茎和根等,以考察植物的耗水量和水分利用率在不同环境中的情况。

  结果显示,当单独生长时,所有的植物都能在潮湿的环境中更好地生长。但是,当存在竞争时情况就有所不同了——具有高耗水低水分利用率的植物,在潮湿的环境中能更好地生长;而那些具有低耗水高水分利用率的植物,却能更好地生长在干旱的环境里。而且,在干旱的年份,植物的水分利用率显得尤为重要。与低水分利用率的植物相比,能够更高效地利用水的植物往往是成功者,同时,这一成功也会在多雨的年份给植物带来好处——具有高水分利用率的植物能够与低水分利用率的植物进行竞争来争夺更多水资源。

  可见,植物在面对干旱气候时,用“物竞天择,适者生存”这句话来形容是最合适不过了!

    
    

    真诚欢迎各科普媒体、机构、专家和网友与我们联系合作!

    版权所有,保留一切权利! Designed by 世界未解之谜大全 沪ICP备16047512号-2

    友情链接: