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干旱环境下的植物“脑血栓”进化 精选

已有 4631 次阅读 2014-2-24 15:37 |系统分类:科普集锦|关键词:干旱,,导管,,气候变化| 气候变化, 干旱, 导管


20102月干死的云南松(网友拍摄)

【植物导管受压能力趋同,干旱情况脑血栓易枯死】水是生命之源。水影响一切生命形态的形成、发育和生长过程。水对植物的影响可从种子萌发到幼苗生长,然后到开花结果,传宗接代。水通过根系进入植物导管系统,从地下运输到高处的叶子中,参与光合作用,合成营养物质。对于很多高大的木本植物来说,水分从地表运输到几米甚至几十米的高空,这是一个十分神奇的过程。

通常情况下,植物的根压和蒸腾形成的拉力,通过导管会将土壤里的水分向高处运输。与人的心血管一样,植物的导管一样四通八达,高效运转,但同样也会发生故障,形成栓塞。好比输液管中形成一小段气泡,假如气泡栓塞不去除的话,水分就无法顺利传输,形成缺水,情况严重就会导致植物干枯死亡。一般情况下,植物有各种各样的策略修复栓塞,如竹子夜晚的极高压会将气泡逼出去(就像医生将输液管中气泡逼出去一样),而热带一些高大的藤本则拥有超强大的导管系统结构,使得藤本植物可以在干旱的季节生长更加旺盛迅速,硬件设施可谓一流。(如西双版纳石灰山雨林中的崖爬藤导管系统发达,茎干中储存大量水分,不容易发生栓塞。砍断后茎中会流出水,可用于饮用。视频


崖爬藤导管发达,栓塞较少,储水能力超强。砍断后会流出大量水份

2012年底,nature发表一篇论文,发现了世界范围内木本植物导管承受水压能力的奇妙规律。由澳大利亚生态学家领衔的研究,收集了以往若干年内发表的众多植物数据,共81个地方,226种树木的水分传导信息,分析在干旱环境下,树木木质部水压大小,以及木质部导管一半发生栓塞情况下的承受水压的能力。科学家原以为,干旱地区的植物由于长期适应于干旱的条件,其导管受压调节能力可能要高,而生活在湿润地区的树木,导管受压调节能力可能要低一些。调查发现,无论是生于干旱地区还是湿润地区的植物,多数(70%)的水压安全范围是很小的,有趋同的适应特征。

总体上,有花植物(被子植物)比松杉柏等裸子植物的威胁性要高一些,但无论是被子植物还是裸子植物,在遇到干旱的时候,二者的适应性都是十分脆弱,导管承受水压的弹性较小。木本植物的导水能力进化,是植物在个体发育、个体间竞争、物种间竞争,以及生态环境适应中的一种权衡和选择,为什么导管承受压力的范围会出现趋同效应?我们还不得而知。然而,木本植物导管承受压力的范围趋同,弹性较小具有严重的现实意义。在气候变化大背景下,干旱出现频率会越来越大,植物导水能力限制,或许将成为气候变化影响植物的重要因素。无论生长在哪里,所有的木本植物应对干旱的风险是一样的,干旱缺水均会导致木本植物死亡。(参考文献:Nature 491, 752–755 (29 November 2012)




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