变叶木

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TUhjnbcbe - 2023/3/14 19:04:00
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梁前进(北京师范大学生命科学学院教授)

春天,万物生发,又一个植树节如约而至。人爱树、爱绿,许多树木与人的精神世界紧密联系,如松柏、冬梅,被人赋予独有的诗意,成为象征着中华文明的一种图腾。那么,树木总是被动地被人类认知、利用和种植,抑或“无奈”地被破坏的吗?我们不妨把树木看作是一种绝顶聪明的“精灵”,来领略一下它们的生命活力。

新华社发

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蜡烛果的“拒盐”奥秘

不久前,我来到珠海讲授生物遗传课,课程间歇到淇澳岛-担杆岛红树林湿地一游。

“红树林”这一名字据说出自古代马来人。据传马来人砍伐这种树木时,发现木材的断口甚至把刀、锯口都染成了红色,因此获得了纯天然的染料——从树皮中提取的颜料。“红树”的名称也就因此诞生了,名称中包括“红树”和“树丛”的含义。

如今,人们对红树最深的印象,是其不畏盐碱沼泽环境的坚韧。

我们知道,土壤中过多的盐碱离子(主要是氯离子和钠离子,也就是食盐主要成分氯化钠的两个离子组分)对植物的生长发育有害,土壤盐度在0.5%~1%时,就只有少数耐盐植物才能生存了;盐度超过1%时,仅少数极强耐盐性野生植物才能生存。高浓度的盐分使土壤渗透压增高,植物吸水困难甚至体内水分被迫外渗,造成脱水;土壤中可溶性盐类的大量积累引起离子间的竞争性吸收效应,使植物体内离子失衡,产生光合作用受扰、呼吸作用受抑,以及蛋白质合成率下降、分解加快等。

在植物的叶子、茎等器官的表皮上存在许多特有的凸透镜状微小开孔,叫气孔,由两个肾形的被称为“保卫细胞”的细胞围成。气孔在植物利用光合作用的光反应中形成的同化力将二氧化碳转化为碳水化合物以及呼吸、蒸腾作用(植物体内水分以气体形式散发到大气中)等气体的进出通路,保卫细胞承担了气孔的开闭调节作用。过量盐分会阻止保卫细胞内淀粉的形成,影响气孔关闭,使植物体急速失水乃至枯萎。当土壤钠离子太多时,植物的细胞膜就会被破坏,大量的酶(活细胞分泌的具有催化能力的蛋白质)失去活性,植物代谢失常,根部严重损伤。

然而,即使在这样的环境中,红树能够“聪明”地生存下来。

在淇澳-担杆岛自然保护区,生长着一种紫金牛科木本植物——蜡烛果,又名桐花树,喜欢海边潮水涨落的污泥滩涂环境的红树林组成树种,除可防风、防浪外,长出的木材也是很好的薪炭柴;树皮中含有鞣质,是栲胶的原料。

与大多数红树植物一样,蜡烛果的根系具有超级的“拒盐”本领,长期的海洋环境适应性演化使其发展出极具特色的“半透膜”构造,不仅可以将海水之中的盐质拒于体外,而且有能力从高盐海水中汲取生命活动所需要的淡水。俗话说“常在河边走,哪能不湿鞋!”原来蜡烛果等红树类植物的根系也难以完全阻止盐分入体,而其解决问题的方式是分泌盐分。分泌结构是植物(体表或体内)的一些特殊细胞或细胞群,可产生一些次生代谢物质并分泌出去。这些次生代谢物包括挥发油、生物碱、有机酸、树脂、杀菌素和蜜汁等,蜡烛果等树木就具有分泌无机盐的结构——盐腺。

淇澳-担杆岛红树林保护区的木质步道很适合考察自然,不一会儿即可见到有同样泌盐功能的红树种——爵床科的老鼠筋。晴朗的天气里,老鼠筋的叶片分泌出的大量盐分,形成了一粒粒晶体,晶莹透亮!

红树植物之“红”不在于树叶,而在于树干、枝杈,其断裂面露出的单宁物质非常容易氧化,从而呈现红色,这就是其名称的由来。海边成片的红树林形成碧海绿洲,对调节热带气候、防止海岸侵蚀等起了至关重要的作用。红树这样的环境卫士,必有高超的生存之道——其拒盐、泌盐的功能就是一种“妙招”。

独特的根,让红树在逆境中生长

说了红树显眼的地上部分,我们再来谈谈其立足部位——树根。

唐代李颀有“古藤池水盘树根,左攫右拏龙虎蹲”的诗句,曹松写过“古甲磨云拆,孤根捉地坚”,清代郑燮更有“咬定青山不放松,立根原在破岩中。千磨万击还坚劲,任尔东西南北风”。树根是本源、是立足点,是生命之基石。我们不妨选几种根型,体会一下恶劣环境下树木的生存战术。

支柱根——木榄的“抬轿众生”。树木生于浅海盐滩,胎生,喜欢略微干旱、空气流通好并伸入内陆的盐滩地,树皮含单宁量可达20%;其标志性栖息环境是秋茄树的灌丛。作为我国的红树林优势物种,木榄材质坚硬、色红,在沿海林带种植,可形成自然稳定的生态景观。为什么它能在盐碱滩涂之地占据一席之地,与其独特的根系密不可分,这就是支柱根。当人的腿脚不能支撑身体时,可借助拐杖甚至手臂辅助用力;当植物的根系不堪承受地上部分时,常长出许多能发挥支持作用的不定根,以一定的角度与主根形成合力。这样的不定根就是支柱根。支柱根接近地面从节上长出,延长后以根的先端伸入土中,然后产生更多的侧根,成为强化植株支撑力量的辅助根系。支柱根在玉米中可明显看到,更可形成热带榕树的独木成林现象,非常壮观。

板状根和膝状根——银叶树的负重卫士。热带海岸红树林的树种之一、梧桐科常绿乔木银叶树,具有抗风、耐涝、耐盐碱的性能;木材坚硬,是制家具和建筑、造船的好材料;树皮熬汁可治血尿症、腹泻和赤痢等。树型优美的银叶树,具深绿色叶面、银白色叶背,更有夏季开出的红花,是热带、亚热带滨海的良好景观树种。银叶树的支柱根是板状不定根,由侧根外向性异常次生生长形成;常辐射状生出,多为3~5条,并且最为负重的一侧最发达,真可谓越压越强。板状根是支撑树木、特别是高大乔木的“负重卫士”。

红树类植物要在恶劣环境中博得生存机会,必须身怀绝技,而且要“多才多艺”。银叶树和木榄都发出了这样的挑战——根条先扬后抑,向上伸出地面后转而重新入泥,甚至反复多次,于是一个个经折弯形成的树根片段,像行单膝跪地礼的勇士,隐约可以想象出巨大躯干顶端仰视天空的脸。这样的根就叫膝状根(膝根)。

笋状根——无瓣海桑的呼吸器官。用根呼吸?没有弄错吧?还真没有!红树、水龙和落羽松等植物生长在沼泽或海岸低凹地,它们的一部分根向上生长并露出地面,成为呼吸根。我所漫步的淇澳岛、担杆岛上有一种海桑科植物无瓣海桑,就展现了壮观的呼吸根。呼吸根就像体外的“肺”,其外有“鼻孔”(呼吸孔),内部拥有相当发达的通气结构。在土壤缺气的不良条件下,呼吸根作为通气、贮气和换气器官,是维持植物正常生活的奇妙武器。

仅就根来讲,植物应对多样化环境的策略和结构就不胜枚举。除了上述提到的几种情形外,常春藤、凌霄等植物细长柔软、顶端扁平而形成吸盘的攀援根,兰科、天南星科植物由多层厚壁死细胞组成的、从木本植物树皮缝隙内吸收水分的附生根,等等,都彰显了灵活多变、顽强不屈的竞争生存本领!还别说茎、叶、花、果等其他方面与环境协同演化的情景。暖心地说:不容易啊,我的树!我们怎能忍心破坏或干扰每一种、每一棵树木的生存繁殖机会!

保护树木,就是保护我们生存的家园

之前谈了树木的一些奥秘,或许有人会问:知道这些有什么用?这个问题,很难用一句两句话来回答。简单地说,研究树木的奥秘,不仅仅是出于我们的好奇心,我们也从树木的生存之道中受到了很多科学启发——比如在盐碱土地的治理中,就有很多技术借鉴了红树林抗盐碱的方法。而更重要的是,只有更好地了解树木,才能让我们更好地保护树木——作为生态系统中最重要的成分之一,树木与其他生物形成的和谐共同体是地球成为宜居星球的最大奥秘,更值得

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