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可你知道植物是如何避暑抗旱的嗎?它們可是都有“妙招”的呢!
抗旱方法一:改變形態結構
與人類不同,植物可謂是一個百變魔術師,當酷熱乾旱來臨時,植物通常會改變葉片、根系、還有氣孔的狀態等方式來適應。
葉片表皮外角質層中的蠟質成分會在乾旱的誘導下增加,像一層緊密的保護膜以減少水分的丟失。耐旱植物檸條葉片中的透明蠟質層還能反射大量的太Sunny,降溫的同時也減少了水分的蒸發。
近年來的研究表明,植物有如此特性可能和植物激素脫落酸(ABA)的產生有關,並發現了一系列與角質層厚度增加相關的基因。
除此之外,葉片中的氣孔變化也是御旱的重要途徑,當高溫來臨時,植物會減少氣孔的開度。而當溫度降低到適宜時,氣孔開度增大,提高了植物體內水分的利用效率。
有些植物的氣孔及角質層不發達怎麼辦呢?它們自有妙招,比如螞蟻森林種下的梭梭,它就在葉片內部分化出發達的薄壁貯水組織,減少水分散失的同時還能補充水分。
當然,植物抗旱可不止地面之上的葉片,還有地下的根呢。
農諺有云,“旱長根,水長苗”。乾旱時,根系會首先利用資源,促進根系生長使其探入土地更深處,吸收水分和無機養分,保證植物的生長。而此時的地上,樹冠部分則相對生長緩慢,人們常用根冠比來評價植物的抗旱性。
抗旱方法二:生理調節耐寒機制
植物除了透過形態結構的改變來抗旱外,還有一套比人類更高明的生理調節耐旱機制。比如滲透調節,簡言之就是提高植物細胞滲透壓,維持植物自身細胞不失水。
當初遇乾旱時,植物自身一些滲透壓調節物含量就會增加,常見的如,脯氨酸、一些可溶性的糖類以及如鈉離子、鉀離子等無機離子,這些物質在調節滲透壓的同時也保護了生物膜的成分,維持了植物在低水勢的環境下能夠正常的生長。
隨著近年來的不斷深入研究,研究人員還發現了一些乾旱誘導蛋白,其中就包括Lea蛋白,這類蛋白產生於胚胎發生後期,具有脫水保護劑的作用,能夠與細胞內其他蛋白相互作用穩定細胞的結構,另外還能夠與遺傳物質配合調控一些基因的表達,這些都進一步的提高了植物的耐旱能力。
當然,植物生理調節並不僅如此,激素調節也是不可或缺的方式。
上文提到的脫落酸就是典型的抗逆激素,高溫乾旱加快了脫落酸的合成,並進而作用於氣孔,調節其開關的同時也促進芽休眠,在一定程度上減緩了植物生長。
除了脫落酸, 細胞分裂素(CK)可以一定程度上抑制乾旱誘導的葉片衰老,而赤黴素(GA)則能夠抑制細胞內自由基的積累,提高耐旱能力。最近研究也表明,油菜素內脂(BR)可以透過誘導ABA來達到耐旱的作用。
2015年,研究人員對二穗短柄草做了研究,發現下調和油菜素內脂作用的受體顯著增加了其耐旱性。基於已有的研究成果發現,多種激素的相互協作是植物具有強耐旱性的重要原因。
抗旱方法三:清除自由基機制
除了以上這些調節方式之外,植物與人類一樣,都具有相似的清除自由基的機制。自由基的危害想必不陌生,它會給細胞結構及遺傳物質等造成不可逆轉的傷害。
在正常情況下,細胞內自由基的產生和清除處於動態平衡中。高溫乾旱使得植物體大量產生自由基,打破了原有的平衡,細胞膜及關鍵酶的不斷遭到破壞,最終使得植物體死亡。有效地清除自由基則對於植物耐旱抗旱具有極大的裨益。
當植物接收到高溫乾旱的資訊後,相關訊號就會開始秘密安排生產抗氧化酶及抗氧化物,如超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶等,強大的抗氧化能力使得植物免受高溫乾旱脅迫下自由基的侵害。
隨著科技的進步,植物抗旱的妙招還在不斷被發現。
2015年,中國的科學家何祖華及其合作者發現了奇特的抗旱基因ERECTA(簡稱ER)。該基因在水稻中高表達後,在高溫下不僅細胞壽命增長,還增加了生物量,提高了產量呢!可以說是抗逆與產量兼得。他們已經在尋找天然高表達ER基因的植物品種來進一步驗證,並希望運用到生產的。
怎麼樣,看到植物有這麼多的避暑抗旱方法,你是不是對植物的這些“妙招”大為驚歎呀!
回覆列表
植物抗旱可以分為兩種,一種是人工干預,一種是非人工干預,(這種分法是我自己為了便於回答這個問題這麼分的,如有不妥,還請指正。)
人工干預的方式,使用比較多的是透過雜交變異,來增強植物的抗旱性,還有就是使用抗旱劑。而非人工干預,透過植物的自身優勢或者進化演變而來的的抗旱方式,那就多了也非常有趣。
有用葉子的進化來抗旱的,比如有些仙人掌上的刺就是由葉片進化而來,減少了自身水分的蒸發,特別是葉仙人掌同時具有葉和刺,這是它還沒有完全進化或者說是進化過程的需要。
有用莖來抗旱的,沙漠玫瑰、猴麵包樹,都是在莖部隆起,顯得很粗壯,裡面儲存了養分和水分。
有用根來抗旱的,沙漠裡的沙蒿,根系非常發達,有些沙地植物的根系可長達幾米。植物抗旱是非常值得研究的事情,希望人類也能從中受到啟迪。