江苏省中国科学院植物研究所(江苏省中国科学院植物研究所考研)

江苏省中国科学院植物研究所,江苏省中国科学院植物研究所考研
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今年,长江流域多地出现了持续的高温干旱天气,重庆、南京等地也持续刷新着有气象记录以来的最高温度。

在这样的天气里,人类尚且可以借助树荫、房屋或空调等,寻求一份清凉,而植物只能裸露在大地之上,接受阳光的炙烤。高温+干旱,它们是怎么渡过难关的?

让我们到著名的“火炉”南京去看一下。

挺拔的大树,提前落叶

在南京的大街小巷,栽种有大量的英国梧桐作为行道树。多年来,当地的英国梧桐均在11月中旬前后,叶片逐渐变黄,进而变为红褐色,最终随风飘落。

往年11月下旬的景色,南京钟山风景区的英国梧桐

而今年自七月起,南京持续的高温干旱天气,在八月中旬,路边的英国梧桐,叶片已纷纷开始变黄凋落,给人以深秋的错觉。

今年8月中旬南京植物园路英国梧桐

今年8月中旬南京植物园路英国梧桐

受到此次极端天气的影响,高大繁茂的英国梧桐提前脱落部分叶片,可以有效降低水分的需求,这便是它应对环境变化的智慧吧。

英国梧桐?法国梧桐?分不清楚啊!

看到这里,大家可能会疑惑,常见的行道树不是应该叫法国梧桐么?其实,这是近百年来我们对它最大的误会。常见的这种梧桐树,名叫英国梧桐(二球悬铃木),是17世纪初,英国人用美国梧桐(一球悬铃木)和法国梧桐(三球悬铃木)杂交获得的优势杂交种,英国人称为“伦敦悬铃木”。这个杂交种大大提高了梧桐树的生长适应性,因其成材快、树冠大、适应性强和耐修剪等特点,在全球多个国家和地区被大量栽种用作行道树,因此也被称为世界行道树之王。因为它们的球果柄长而下垂,如同悬挂在树枝上的铃铛,因此也有悬铃木这个好听的名字。

悬铃木原产北美洲、欧洲东南部及亚洲西部,久经栽培。据记载,悬铃木在晋代时即从陆路传入我国,被称为祛汗树、净土树,相传是印度高僧鸠摩罗什来我国时带来的。20世纪初,法国人将英国梧桐带到上海,作为行道树种在上海法租界霞飞路上,上海人看到这种树是法国人种在法租界里的,它的外观又和中国的梧桐树相似,就把它称为“法国梧桐”。其实它“既不法国也不梧桐”,既非法国原产亦非梧桐树,但人云亦云,时至今日人们还都统称这些悬铃木为法国梧桐。

当然,我中国也有梧桐树,自古就有“凤凰非梧桐不栖、非竹米不食”的说法,我国原产的梧桐俗称青桐,属于梧桐科梧桐属植物,而悬铃木是悬铃木科悬铃木属植物,本就不是一家,只是远观有些许相似罢了。

挺拔的大树具有庞大的根系,面临暂时性的缺水时它们可以从地下土层中获取水分。那小花小草如何应对高温缺水环境呢?

小花迎来第二春

作为江南夏末秋初开花植物的颜值担当,石蒜属植物往年会因品种不同次第开放。在今年持续的高温干旱天气下,它们开花更频繁了。8月初,南京中山植物园中的长筒石蒜和中国石蒜开始盛开。一周有余,它们的花朵相继干枯并结果。随着8月底降温与降雨到来,它们又神奇般地迎来第二春,在开败的花丛中又抽出无数的花枝,令人称奇。

石蒜属植物

鹿葱作为石蒜属的早花种群,本应在8月初盛开,而今年直到8月底降温降雨后才纷纷冒出头来,迎风绽放。

鹿葱

石蒜属植物是多年生草本球根花卉,它们没有庞大的根系,主要依靠地下形似大蒜头一般的鳞茎,储存生命发育所需的大部分营养和水分。即使我们把石蒜鳞茎挖出后,遗忘在角落几个月,只要栽种起来,它们依然可以正常生长。

今年的气候异常,直接造成南京地区多种石蒜属植物花期推迟。这给了园艺师一个提示:正常情况下,石蒜属植物的花期只到9月中旬前后,如果在人工繁育过程中采取合理的高温和断水措施,也许可以借助它们的应对机制来改变花期,这样就可以让这些美丽的花朵在十一假期盛放。

能应对极端天气的植物,还得看这种

当然,不是所有的植物都可以有效应对此类极端天气,很多植物会焦黄、枯死和萎蔫。真正可以有效应对极端天气的植物,多数已在历史的长河中经受住了此番磨难。最为人所熟知的,要数家庭园艺大量栽种的多肉植物啦。

南京中山植物园多肉多浆温室

可不要认为多肉植物仅仅是指仙人掌科和景天科植物,它们或是圆滚滚布满尖刺,或是萌哒哒如观音坐莲。其实,多肉植物是个很大的家族,包括番杏科、大戟科、夹竹桃科和龙舌兰科等几十个科的上万种植物。

它们有一个共同特征:生长在干旱或部分时段干旱的地区,植株的根茎叶器官中,至少有一个可用于储藏水分的肉质组织,这样即使它们在一段时期缺水,体内储存的水分也可以满足自身生长发育的需求。

下面,我们科学地阐述一下仙人掌的生存之道。

大部分仙人掌科植物为了适应干旱的环境,经过长期的演化,叶片逐渐退化成刺状,肉状的茎膨大用于储存所需的养分和水分。同时,肉状茎的表皮也进化成绿色,替代叶片进行光合作用。

生石花(番杏科)

仙人球开花

根据茎的形态不同,仙人掌有不同的类型。我国民间最常见的仙人掌科植物,肉状茎呈掌状,称为仙人掌也就再恰当不过了。当然,还有长得像圆球的,称为仙人球;长得像圆柱的,称为仙人柱;有的茎呈扁平的叶形,如昙花;有的呈鞭柱状,如金纽;还有的由多个三角形疣状突起组成球形,远看形如龟甲,被称为龟甲牡丹,有着“植物界的大熊猫”之称。

仙人掌(上) 金纽(中) 仙人柱(下)

仙人球(上) 龟甲牡丹(下)

仙人掌科植物通体布满刺,分为硬刺和毛刺,生长在一个个被称为刺座的位置,这里也是仙人掌开花结果的点。仙人掌的刺,存在即合理,不但可以替代叶片减少水分的蒸发,同时还兼具防御功能,可有效防止被啃食,据说还可以调节植株温度。有研究认为仙人掌看似光滑的刺表面,密布的细微结构还可以凝集露水,为植株补充水分。

仙人球的刺

除了硬刺,仙人掌的毛刺也同样有它存在的价值。有一个颜值颇高的类群,称为白毛类仙人掌,这类仙人掌身上长满白色的柔毛,除了可以有效抵御高强度的紫外线外,它长长的柔毛也可以凝集空气中的水汽。需要注意的是,白毛类仙人掌虽软萌可爱,但它实为可远观而不可亵玩焉,在白色的柔毛下面还是布满尖锐的细刺的,想要撸毛可是要面临被扎的风险。

白毛类仙人掌

还有个有趣的点,当我们细看仙人掌的肉状茎,除了上面密布的刺,它的一个个刺座就好比一个个绳结,当仙人掌吸收储存大量的水分时,这些密布的绳结好似组成一个网兜,把胖嘟嘟的茎包裹其中,生怕它裂开一样。

而且,无论是仙人球还是仙人柱,它们都有纵形的楞。我们可以把这些仙人掌比作车胎,因为这些纵楞的存在,当仙人掌喝足了水分,这些楞就会慢慢开展,不会因膨胀而炸裂;同样的,当旱季来临,仙人掌体内的水分快速消耗,纵楞又会向内收缩,确保它的茎始终保持固有的形态,不会因水分丧失而瘪掉,实为可盐可甜的用水高手。

结语

从上面这些植物中,我们可以总结出植物的生存智慧

如果长期的雨水缺失加上炎热的天气,地表和土壤中的水分逐渐散失,植株体内的水含量也在慢慢失衡,当达到极点,植物首先便会凋落叶片以求保全植株。

植物在应对高温干旱过程中,除了会提前落叶和结果外,还有很多应对机制。它们可以通过改变叶片形态、叶表皮诱生蜡质成分和改变气孔大小等调节自身生理平衡。科学研究还发现,植物也会通过细胞渗透压调节、激素调节、诱导产生抗氧化酶和脱落酸等,应对高温和干旱胁迫。

地球上植物种类繁多,还有很多植物都有着它独特的用水智慧,需要我们共同去研究和探索。它们依水而生,不断适应所处的水环境,共同构建我们星球丰富的生物多样性。

【本文图片除说明来源者之外,均为作者拍摄】

作者单位:秦亚龙(江苏省中国科学院植物研究所·南京中山植物园)

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