在全球气候变暖的影响下,最近几年可谓一年热过一年,中暑的人越来越多。同样,高温酷暑对植物的伤害和影响也是巨大的。不过在亿万年的进化过程中,面对高温、干旱、酷暑,植物们也练就了一身“绝活”。
严重的高温酷暑首先会加速植物体内水分的蒸发,迫使水分大量用于蒸腾散热,破坏植物体内的水分平衡,使植物枯萎甚至死亡。为了抗暑,植物在叶子的质地、形状等方面都做了很大的改变。
为了在高温酷暑下锁住自身水分,大多数植物都练就了在正午阳光照射下主动关闭叶片上的气孔,使其蒸腾作用和光合作用暂时处于停止状态的绝技。而胡杨、龙舌兰以及多肉植物等的叶子上则附有一层厚厚的蜡质层,用以增强其锁水能力和减少蒸发作用。
碱蓬的叶片具有厚而多层的角质层,并且表皮细胞密度高,这有助于减少水分蒸发和防止渗透脱水。碱蓬叶片的气孔数量很少,而且主要分布在叶片背面,有助于减少水分的流失。
同样,为了抵御高温,抗击酷暑,仙人掌的叶子变异成细长的刺或白毛,可以减弱强烈阳光对植株的危害,减少水分蒸发。同时,还可以使湿气不断积聚成水珠,滴到地面,被分布得很广的根系吸收。仙人球的叶子也已退化成“刺”的模样,棱上的“刺”自然也呈螺旋状排列。当太阳从正上方照射时,各个棱会互相遮挡住阳光的照射。
为了保持耐旱性,一些植物的叶片会缩小叶片的表面积,或者退化成膜质鳞叶。这种鳞叶较厚,而且多数没有或者很少有叶孔,鳞叶的主要作用是减少植物的蒸腾作用。像很多小乔木,灌木,以及常见的橡皮树、玉兰、贝母、山茶、连翘等植物,都属于鳞叶类。
油栎在一天中能不断改变其叶片的方向,使其表面与太阳平行,从而大大减少了叶片的受热面积,降低了热量的吸收。竹子的叶片多为垂直生长或卷曲,能够减少光照和热量的吸收。而热带雨林中往往有大面积的阔叶林,一方面是热带雨林中光线相对昏暗,尽可能大的叶片面积有助于接收更多的阳光,有利于进行光合作用;另一方面,热带地区气温较高,植物的水分蒸腾作用也大大增加,蒸腾作用会带走大量的热量,从而加快植物体内热量的散发。
沙漠薰衣草生活在炎热的沙漠地区,强烈的阳光和高温对它们构成了严峻的考验。但沙漠薰衣草完全适应了如此恶劣的环境。它的叶片表面生有一层密密的叶毛,就像涂了一层厚厚的“防晒霜”,能够有效地反射阳光,避免吸收过多的光能。另外,这层致密的叶毛还可以降低叶片表面水分的散失速率,有助于保住宝贵的水分,这对于生活在沙漠的薰衣草很重要。
为了抗击旱暑,一些植物进化出了独特的根系组织与茎组织。这些植物的根系特别发达,可以扎到深深的地下去吸收水分;或者水平根系极发达,密如蛛网,须根四通八达,能够吸收更广阔地面的水分。例如沙漠中的梭梭树,它们的垂直根深达5米多,能够吸收深层地下水;一株3.5米高的沙柳,它的水平根幅半径可达20多米,比地面以上部分的5倍还要多;而黄柳的垂直根可达3.5米,可以向水平方向伸展20米以上。
很多沙生植物的根能分泌黏液,与沙粒固定形成根套。具有根套的根系当被风蚀,露出沙面时,根套可以起到保护根系免受灼伤和机械伤害的作用,同时起到保水作用。像沙芦草、羽毛针禾、沙芥以及沙竹等,都是依靠根套来保持水分抗击酷暑的。
有的植物还进化出了独特的茎组织。仙人掌的茎秆粗大肥厚,具有棱肋,使它们的身体伸缩自如——体内水分多时能迅速膨大,干旱缺水时能够向内收缩,既保护了植株表皮,又有散热降温的作用。仙人掌的茎秆大多变成绿色,代替叶子进行光合作用。另外,仙人掌的茎秆富含多糖和多酚类物质,具有保护细胞膜的作用。这个特殊的茎组织使得仙人掌具备了超强的抗暑能力。
一些肉质多浆类植物,它们的茎多为圆柱状,肉质、叶特别肥厚,叶表为蜡质,气孔器有不同程度下陷,栅栏组织发达,有良好的储水组织,疏导组织和机械组织都不发达。好多草本和小灌木,像十二卷、昙花、芦荟等植物都是依靠蜡质厚叶、储水性能良好的茎来抗暑的。
竹子的茎秆中富含纤维素,具有较高的耐高温能力,能够保持枝干的稳定和坚硬。竹子的茎也具备抗击酷暑的特性。
夏天的强烈日光照射通常对人体有危害,晒黑、晒脱皮,都是常有的事。而阳光中的紫外线不但会导致晒伤,若长期暴露在阳光中,还会增加患皮肤癌的风险。研究表明,阳光中的紫外线也会直接破坏植物的光合作用,危害植物的生长。
科学家认为在植物中存在一种特殊的蛋白,植物依靠它来检测紫外线的强弱。当阳光中的紫外线足够强时,甚至会破坏植物的光合作用,此时,植物会产生一些天然化学物质——主要是酚类物质。这些酚类化合物是天然的“防晒霜”,能吸收紫外线,但不会吸收光合作用所需的光波。
植物在面对酷暑时产生的特殊蛋白和酚类化合物(防晒霜),是植物抗暑的第一利器。
还有些植物,在高温情况下(通常指30摄氏度以上),会通过高温休眠来度过酷暑。所谓高温休眠,是指在一年中的高温、干旱时期到来时,植物进化出的一种可减缓或暂停生长,用以抵御外界不良环境的状态。
如盆景中的仙客来、白头翁、风信子、水仙等,都属于高温休眠类,它们都是通过休眠来度过酷暑的。
上述植物都属于球根花卉,一般花开败之后,就会慢慢进入休眠状态,只要叶片不枯萎,就可以浇水。如果叶片枯萎了,说明它们彻底休眠了,就要进行断水,停止施肥,等待它们休眠结束后再浇水。玉米面对高温,还会出现“午睡”状况——科学家发现,在高温干燥的下午,玉米的光合作用速率会下降30%,物质转运速度下降10%。这也是玉米度过酷暑的策略与方式。
依靠“记忆”机制适应高温酷暑,是植物应对环境的又一利器。研究人员发现,一个控制热休克基因的蛋白质家族使植物能够“记住”如何应对酷暑。
也就是说,植物可以通过特殊的“记忆”机制来适应极端的酷热天气,使自身变得更耐热。通过遗传“记忆”,再唤醒“记忆”,从而适应酷暑,是科学家目前发现的植物的过人之处。