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乘风破浪的“水精灵”,看我“三十六变”

2020-09-11 | 来源:科普开放部| 【  

  自2020年6月以来,整个长江流域持续阴雨,造成大范围的洪涝灾害,多地道路被毁、农作物被淹,然而有些植物却不受降雨的影响,这是为什么呢?

眼子菜 Potamogeton distinctus(图片来源:付文龙)

  首先要知道的是植物为什么会被淹死。跟人一样,“淹死”的根本原因是缺氧。当植物的根或整个植株长时间浸泡在水中时,根部因缺氧而无法正常进行呼吸作用,最终引起烂根,导致植物死亡,即我们看到的植物被水淹死了。

  提起淹不死的植物,估计很多人会想起水生植物。的确,生长在水中的植物最怕的就是没有水,怎么会怕水淹呢?(其实不然,有些植物虽然生长在水中,也有可能被急剧的水位变化淹死)。那么,水生植物有什么秘密武器可以使根部获得氧气,以面对洪水猛兽而又泰然自若呢?

  来看看它们为此做了哪些努力。

  挺水植物——“好风凭借力,送我入青云”

  挺水植物,即根生长在水的底泥之中,叶挺出水面的一类植物;常分布于0-1.5米的浅水处,比如常见的莲就是挺水植物。莲藕是莲的地下茎,它的叶柄中有很多孔洞,叫做通气组织。叶柄中的通气组织和地下根茎的通气组织相连,这样就可以将空气中的氧气泵到地下,供给地下根茎呼吸,从而保证植物正常的生命代谢活动。类似于人潜水时嘴里衔的管子,挺水植物通过通气组织源源不断地向水下的植物部分提供空气,得以傲立水上。

Nelumbo nucifera (图片来源:付文龙)

莲藕横切(图片来源:付文龙)

  浮叶植物——时刻警惕着的叶柄

  浮叶植物通常是根扎在底泥中,叶片始终漂浮在水面上,这就需要它的叶柄将叶片送到水面上。因此,此类植物在面对水淹胁迫时,叶柄可以快速响应,迅速伸长,使叶片始终可以与空气接触。只要叶片与空气接触,植物就不会因缺少氧气被憋死。科学工作者Funke在1937年就证明了睡莲和欧洲慈姑的叶柄保留了再生能力,可以随着水深的增加而伸长。

睡莲(图片来源:付文龙)

浮叶慈姑 Sagittaria natans(图片来源:付文龙)


Ottelia ovalifolia 的叶柄横切

  沉水植物——物竞天择,适者生存

  显著区别于上面的两类植物,沉水植物是整个植株都是淹没在水中的,比如黑藻、龙舌草、水盾草等,依靠不了水面上的叶片叶柄,它又是如何适应水环境的呢?借不了外界的力,沉水植物便自食其力,将叶片光合作用产生的氧气通过各个器官的通气组织泵到需要的地方,以此维持整个植株的呼吸。

光合作用放氧 黑藻 Hydrilla verticillata (图片来源:付文龙)

光合作用放氧 卵叶丁香蓼 Ludwigia ovalis (图片来源:付文龙)

龙舌草Ottelia alismoides(图片来源:付文龙)

靖西海菜花 Ottelia acuminata var. jingxiensis(图片来源:李治中)

  漂浮植物——“三十六变”

  此外,还有一些浮叶植物和漂浮植物自带游泳圈,它们的叶片或叶柄上有特殊的气囊,无论水有多深,始终漂浮在水面,和空气接触,比如水鳖科水鳖属的水鳖(不是熬汤的那个鳖),心型的叶片背面还有一颗小心心。这颗小心心是它的“救生圈”,是水鳖的蜂窝状贮气组织,把它放显微镜下可以看到叶片上都是空腔。背上“救生圈”,水涨我漂,再大的风浪也不怕。

水鳖(不是鳖) Hydrocharis dubia(图片来源:付文龙)

欧菱膨大的叶柄 Trapa natans

  总的来说,通气组织和气囊的存在是水生植物可以在水中生存的必要条件。它们保证了水生植物可以正常通过光合作用产生氧气并将氧气输送到根部以保证植物正常的生命活动,正因为这样,水生植物才不会被淹死。

  参考文献:

  1. Funke, G. L. (1937). Observations on the growtth of water plants, Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ. Biol. Faarb., 4, 316-344.

  2. Sculthorpe C D. The Biology of Aquatic Vascular Plants. Edward Arnold, London, 610 pp[R]. ISBN 0–713–12135–1, 1967.

  撰文:刘洋

 
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