植物御寒的智慧

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玉兰花及其长有绒毛的花芽

“秋处露秋寒霜降,冬雪雪冬小大寒”,季节以自己的节奏行走在越来越冷的道路上,冬天又一次和我们相遇。

人们感到寒冷会做什么?穿衣戴帽、搓手、跺脚、跑跳,或者干脆躲进有暖气的屋子里。没有腿、无法像动物那样移动的植物,就只能硬扛吗?别担心,面对寒冷,植物早已“修炼”出了奇妙的御寒本领。和动物一样,植物的生命周期里时刻充满着未知的挑战,严寒酷暑只是植物成长道路上的加油站。

如果说寒冷是一片海,且看植物是怎样八仙过海、各显神通的。

脱“衣”御寒

和人类穿衣御寒相反,一些植物在寒冷到来前会脱掉“衣服”——将身上的树叶一一脱落,轻装过冬。

秋天叶子先变红后脱落祁云枝绘图

让自己光秃秃地裸着,是很多落叶乔灌木度过寒冬的良策。冬天,行走在我国北方地区的大街上,可以看到很多裸露着枝条的行道树:国槐、法国梧桐、栾树、楸树、杨、柳、苦楝和合欢等。还可见花灌木:忍冬、接骨木、荚蒾、黄刺枚、紫丁香、连翘、山梅花、锦鸡儿、红瑞木、锦带花和水蜡树等等。它们用绝对的“素颜”涂抹出这个季节特有的表情。

仔细看,冬天植物掉落的叶子大多是扁平而宽大的。叶片的面积越大,分布的气孔就越多。可别小瞧这些小小的气孔,它们如同一台台微型抽水机,散失掉植物体内的大量水分。落叶乔灌木一旦把美丽的叶子“衣服”脱掉,就能大大减少体内水分的消耗,也能减少从叶面蒸腾散失的热量。寒冬将至,叶柄下部的组织内会产生离层细胞,使叶子快速脱落,让树木逐渐进入素颜的冬眠中。

冬天来临后,北方地区的植物体内的能量已经入不敷出了。别担心,植物在落叶的同时自身的含水量也逐渐下降。所以,冬天的植物枝叶大多是枯萎的,这正是它们的自我保护之法——尽量排出身体里的水分。

落叶不是无用物,飘落的树叶像一层蓬松的棉被覆盖在低矮草本植物上,既可以变成堆肥,也能帮助小草御寒。

穿“甲”戴“盔”

落叶乔灌木仅仅靠脱去树叶,就能安然过冬吗?也不尽然。有些植物还会别出心裁地为自己的冬芽穿“甲”戴“盔”。

我们最容易观察到的一种植物“盔甲”,就长在玉兰树的花芽上。花芽就是人们常说的花骨朵。玉兰树先开花后长叶,它的花芽在上一年的秋季就形成了。新出生的花芽外面包裹了一层银色的苞片,随着季节由秋入冬,苞片也在悄悄地长大,苞片上还会长出细密的绒毛帮助花叶御寒。“穿上”绒毛大衣的花芽安然开启了休眠模式,自然不怕严寒的侵袭。当早春能量逐渐积聚时,花芽也渐渐从冬眠中苏醒,慢慢舒展出白色或者紫色的花瓣笑迎春天。

穿上绒毛大衣的银柳芽

银柳芽也有棉花般的芽鳞片,和玉兰的绒毛“大衣”如出一辙。叶片脱落的同时,枝条顶端芽的周围会生出一些小小的、层叠的鳞片。这些鳞片有的是毛状,有的是海绵状,还有的是厚硬的蜡质。总之,它们会将芽包裹起来,这就是所谓的“芽鳞”。

再来看看身边的常绿植物,它们是如何在冬天保持容颜“常青”的?

凑近松树的枝叶细看,叶子尖尖的,像一枚枚缝衣针。这种针叶的表面积极度缩小,能很好地减少水分消耗。柏树鳞片状的叶子也很小,长度只有1~3毫米。冬天,常绿植物松柏的针叶和鳞叶还会穿上一件件蜡质外衣,有很好的御寒效果。穿上御寒衣的叶子不仅不再是包袱,在天气晴朗的冬日还能进行光合作用制造营养。樟树和冬青的叶子虽然扁平,但在叶片表面也覆盖着一层蜡质。

雪天的松针

我们在显微镜下可以看到,松柏叶子表皮的细胞壁较厚,下皮细胞孔可以自动关闭,因此角质层可以避免水分蒸发,还可以抵抗零下三四十摄氏度的严寒。“大雪压青松,青松挺且直”是对松柏顽强精神的真实写照。

建地下“粮仓”

身单力薄的草本植物遭遇寒冷时,可不会坐以待毙。仅仅依靠飘落下来的树叶来御寒显然是不靠谱的,因为树叶可遇而不可求,而且一阵风吹过,这层“棉被”可能就被刮跑了。

“大冬天,要是能把叶芽往土里藏深点,再盖上厚厚的泥土被子,不就暖和了吗?”一些草本植物就是这样做的。然而问题也随之而来:叶芽藏在地底下越冬是很温暖,但如果春天到来时,若没有营养物质输送给叶芽,它们就无法钻出地面。办法总会有的,有些植物秋天就着手在土里建粮仓了。开春后,坐依粮仓、吃饱喝足了的叶芽在日益升高的气温和日渐温暖的阳光中苏醒过来,开启了新的生命征程。马铃薯、红薯、山药、魔芋、红白萝卜、大丽花和牧草等,它们胖乎乎、肉墩墩的根和地下茎就是其为自己越冬建立的“粮仓”。当然,这些富含营养的根和地下茎也是人类和其他多种动物的食物。

红薯

细究之下你会发现,这些“粮仓”的位置不一而足,有的是主根直接肉质化,如常见的胡萝卜和白萝卜;有的是由侧根膨大而形成,如红薯,所以刨出一株红薯苗,你会发现下面连着很多个红薯;马铃薯和芋头是由地下茎膨大形成的,上面一个个凹陷的小坑就是芽将来的露头之处;百合、水仙和洋葱等则是由鳞片状的叶子膨大而成,叫鳞叶,球根植物的叶芽被鳞叶紧紧地包裹在里面。

用种子过冬

草本植物大家族里有一类特殊成员,这就是一年生植物,如狗尾草和一年蓬,它们只有一年的生命,所以似乎并不用为过冬而烦恼。当寒冷来临时,它们在地上部分枯萎之前,已经将光合作用的产物储存在种子里了。它们的后代(难以计数的种子)会随风、鸟、动物皮毛乃至人类的衣裤等传播至四面八方。来年,在暖阳与和煦春风的呼唤下,这些种子又会开始自己的一世繁华,尽管这繁华只有短短的几个月。

一年蓬

用种子过冬似乎是一种更为高级的地上越冬法。种子一般都有相对较硬的外壳,种子里的水分极少又储存着丰富的营养物质。秋季成熟后的种子在冬季休眠,开春时萌芽,这大概是植物越冬的最高境界吧。

荷拥有种子和无性繁殖两条战线祁云枝绘图

还有一些植物(如韭菜和莲藕等)会布局“两条战线”与严寒抗争:一方面结籽以传宗接代;另一方面“丢叶图存”保存根本,待第二年再发新芽。

高明的“化学家”

叶子脱落是冬季北方植物最明显的变化。但在植物体内,我们看不见的变化还有哪些呢?有些植物既不将营养物质储存在根系里,也不储存在种子里,而是通过体内的一系列化学反应来应对严寒。

以冬小麦和油菜等两年生植物为例,从入冬开始其体内会发生一系列化学反应,如产生类似于促使人类睡眠的物质——冬眠素;细胞内的结合水含量上升,自由水含量下降,从而减少细胞结冰的机会。冰晶对植物体来说是致命的,冬小麦和油菜在酶的参与下将蛋白质和淀粉水解成可溶性的氨基酸和糖类,如此一来就可以增加植物细胞液的浓度,使其不易结冰。

变身科学家祁云枝绘图

很多人发现霜降后的大白菜和红薯会更加甜,这是为什么?原来,经霜的大白菜和红薯在抵抗寒冷时会将体内的淀粉转化为易溶于水的葡萄糖,这样就大大提高了它们的甜度。糖分子不仅可以降低冰点,还有巨大的表面活力,可以吸附在细胞器表面降低水分进出的速度,从而减弱它们的生命能力。细胞内糖多、渗透压增大,保留的水分就多,水分外出结冰的机会就会减少。

有趣的是,大白菜和卷心菜不仅是高明的“化学家”,还不忘把新叶一层层包裹起来,形成一个个好看而耐寒的叶球。

直接发热

有些植物还用别出心裁的方式抗击低温,最令人惊讶的便是植物可以像动物一样主动产热。通常,生物体通过呼吸作用分解有机物释放热量。但植物的呼吸速率太低,产生的热量微乎其微,因此无法像恒温动物那样大量产热。然而凡事皆有例外,天南星科植物中就有众多产热高手,它们能够通过“抗氰呼吸”的特殊代谢方式,利用线粒体中特有的交替氧化酶促使呼吸加快,从而产生大量的热量。

分布在我国北部和北美地区臭菘的花序常常冒雪开放,而此时的气温几乎接近0℃。臭菘通过特殊的生理过程,能让花序内的温度在数天内维持在20℃以上。它是怎么做到的呢?还有待研究.

多年生常绿草本观叶植物春羽的发热能源来自雄性小花里的脂肪球,脂肪球像极了哺乳动物体内制造热量的棕脂。从傍晚起,春羽就开始给中间那根棒状的花序加温,9—10点温度会达到峰值,白色肉穗花序上的温度最高可上升到46℃,摸起来竟会有点烫手!据说,春羽花序温度维持在46℃所需的热量,与一只猫在睡眠中维持体温所需的热量相当,比一只麻雀在飞行中产生的热量还多。

春羽发热吸引昆虫祁云枝绘图

巨魔芋开花时,其肉质花序轴顶部的温度也会高达38℃,而发热的好处远不只保暖这么简单。散发的热量会在花序轴顶部形成低压区,把佛焰苞基部产生的气味通过对流的方式输送到远方,成为气味扩散的助推器,数量稀少的耐寒昆虫因而循味前来传粉。

脱“衣”御寒,穿“甲”戴“盔”,建立“粮仓”,用种子过冬、变身“化学家”甚至自身发热,形形色色的御寒本领书写着植物迷人的生存智慧。

本文图片除说明外,均由全景网提供作者单位:陕西省西安植物园本文转自大自然杂志长按扫码



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