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植物根的生存策略自从他们登上陆地后世 [复制链接]

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根的力量和智慧

根是植物由海洋登上陆地后,逐渐演化出的杰出的营养器官之一。有了根,植物才得以在地球陆地复杂多变的气候条件下“驻足”吃喝,以静为动,生生不息……避免了像许多动物那样,以全身运动的能耗去换取生活必需的食物。因此,植物中的长寿者可以活上千年甚至近万年,而体形巨大者的地上部分可以长到上百米高,重量达多吨。同时,植物又通过根的种种变态本领,以变应变,在森林、草原、山岳、湿地和沙漠等陆地生态环境中为自己争得了一席之地,使植物种类变得更加丰富多彩,也为各种陆地生态系统的建立奠定了基础。

苔藓为什么长不高?

喜爱在大自然中漫步的人都知道,在空气质量较好的山林中,苔藓常在湿润的林下、水边的泥土和岩石上成片生长,在一些较幽深的天然林中,立木和倒木的树皮上也会被浓密的苔藓覆盖,这些一般高不过几厘米的绿色植物轻柔、可爱,就如一群群小精灵陪伴着我们走向山林深处……

“苔藓为什么长不高?”热衷探究自然奥秘的人往往会发出这样的疑问。是啊!不要说那些林中的参天大树,就是一些屈身林下的灌木和花草,身高也多在苔藓之上。

科学家的解释是:因为苔藓没有根。在地球上的两万多种苔藓植物体内,都没有输送水分和营养物质的维管组织的分化,苔藓也不具有真正的根,只有假根。假根是仅仅由植物体表皮细胞突出形成的,虽然可以对矮小的植物体起到固着和支撑的作用,在水湿的环境中也具有渗透吸水的功能,但与其他具有真根和维管组织分化的花草树木相比,假根适应复杂多变的陆地生态环境和保证水分和矿物质营养供应的能力都要弱得多。以低矮的身体在湿润的环境中生活,也是一种无奈的选择。

幸好在大约5亿年前,植物由海洋登上陆地后,陆生植物的演化史中苔藓植物并没有起到主导作用。如果用植物“系统树”的模式来表现这一发展演化过程的话,那么,可以看到,苔藓植物仅是其中的一个侧枝(或称“盲枝”)。而地球陆生植物发展演化的主干是由具有维管组织和根、茎、叶分化的蕨类植物和种子植物组成的。

不定根打造了石炭纪森林

今天,当我们在寒冷的冬季围坐在煤炉旁取暖,或在黑暗的夜晚享受燃煤的火力发电厂送来的光明时,我们可能很难想象到煤形成之前的一幕,更不会将煤与植物的根相联系。地球上煤田的形成主要发生在距今3.5亿年至2.7亿年的古生代石炭纪。那么久远的事,恐怕只有地质古生物学家和一些自然史研究者才会感兴趣。他们通过对古生物化石和地层的研究,为我们复原了当时的场景。

石炭纪时,地球陆地上气候温暖湿润,水泽遍布,一片片由高十几米到三四十米的大树组成的森林,昂首挺立在沼泽旁和浅水中。林中的树种多数是今天屈身林下和水边湿地上的矮小的石松类、木贼类以及真蕨类植物的早已灭绝的祖先。这些组成石炭纪沼泽森林的树木,依仗着体内细胞分化形成的运输动脉——维管组织,将根部吸收到的水分和溶解在水中的无机盐等矿物质(营养)输送到身体的各处细胞中;又将叶片光合作用的产物等有机物输送给包括根部在内的身体各处。虽然这些植物的根并非像后生的种子植物那样由胚根发展成发达的根系,而只是在植株茎干的基部萌发的不定根,但也完成了陆生植物吸收水分、固着生长、支撑地上植株充分获得阳光和雨露的滋润、并将太阳能转化为化学能的重任。可以说这些石炭纪的沼泽森林是不定根和维管组织共同打造的。

“劈山救母”——根之苦旅

如果你登过黄山,一定会领略到根的力量。

黄山松与岩石为伍的奇景,是黄山的一大特色。一路攀登,峭壁上的松树不断探出身躯,造型纷呈,令人目不暇接。其中,给你印象最深的可能是北海散花坞的“梦笔生花”:在缥缈的云雾中,一根石柱崔嵬高耸,在其尖锐的顶部,一棵奇松挺立,犹如在巨大的笔尖上奇花绽放。据说,这棵在岩石尖上欲翩然起舞的黄山松,之所以安家于此,那是在风或动物的帮助下,把它的种子带到了石柱顶端的石缝中的。

种子萌发后,根沿着狭窄的石缝奋力向下生长,吸收着渗入的雨水,为植株解渴;顽强的根也在与岩石拼争狭窄空间的搏斗中变得粗壮有力,为在孤峰上餐风饮露的植株提供了强大的支撑。这不禁使人想到神话故事《宝莲灯》中,沉香劈山救母的神力。但令人悲戚的是,今天,如果你再到这里,在散花坞看到的“梦笔生花”已是一棵人造的假树。据说,那株靠根勇闯岩缝的奇松终因环境的连年恶化,根吸收不到足够的水分而枯死了。这也说明,根的力量虽然强大,但终有限度,能够为它们提供的最大的帮助就是保护好自然环境。

像曾经的“梦笔生花”那样,靠根的力量在坚硬的岩石上觅得生机的植物,在自然界中并不鲜见。在黄山、庐山、三清山等名山中,靠扎根岩缝而形成的奇松景观不一而足;在各地的山峰中,与岩石为伍,尽显根之奇力的植物可谓屡见不鲜,有高大的树木,也有低矮的花草。它们因为具有了在逆境中勇于进取、强力拼搏的根,为自己争得了宝贵的生存空间。

地下根——黑暗中的探索者

对于陆生植物来说,根确实是十分伟大的,但由于它们绝大多数都隐身于地下,因此又是默默无闻的。为了完成吸收水分的重任,根在黑暗中犹如头戴安全帽的矿工,靠着根冠对根尖的保护和生长点细胞的不断分裂增生,奋力探索着通向水源的新路径;而吸水的重任则由后面众多的根毛来完成。这种由植物学家提供的根尖模式,从小学到大学的教科书中屡见不鲜。但随着物种的不同和生态环境的变化,整个根系的形态也是形形色色,千姿百态的。

有人说,与植物的地上部分相比,根系的变化相对简单,其实不尽其然。就是同一类植物,在不同的生态环境中,尤其是当土壤的结构、质地、含水量、肥力和酸碱度等不同时,根系的变化可以远远超过植物地上部分的变化。例如:蝶形花科多年生草本植物紫苜蓿,身高30~厘米,在排水良好的疏松土壤中,可以将主根深入地下9米深的土层,在气候干旱时也能保证充足的水分供应;生活在西北荒漠中的蝶形花科半灌木骆驼刺,地上的身高不过1米,为了吸到足够的水分,其根则可以深入地下30米深,整个根系的重量是地上植株重量的30倍以上!

古人常用“读万卷书,行万里路”来引导想要成才、成功的仁人志士。纵观植物根的一生,也正是这种追求的写照。许多植物的根系可以通过大量分枝,在短期内布满可利用的土层。有人研究过一些植物根系的庞大程度,结果十分惊人:一株种在温室中的冬黑麦,它的三级侧根的总长度为千米,加上四级侧根,则可长达千米。这样的长度,就是时速千米的高铁列车,也要跑上两个多小时。不断地生长,不断地分枝,不断地进取——这就是许许多多植物根的一生的写照。

贮藏根——富有远见的生存策略

许多种植物根在土壤中不断向水源前进并反复分枝占据地下空间的同时,也注重物质的积累和贮存,在地下建立仓库,以备日后所需。这种植物根形成的仓库中,贮存的物质有根毛吸收的水分、矿物质,也有地上的叶片等营养器官合成的有机营养物质,以及由根系等器官合成的促进生长、发育的激素类和保护植物不受外来生物伤害的生物碱、甙类、黄酮等等化学防卫物质……

大自然这位“建筑设计师”在“设计”植物地面上植株的形态构造时,也没有忽略其隐藏在地下的物质仓库。这些具有贮存功能的根,往往被设计得粗壮、肥大,以便有更大的贮存空间,植物学上通称它们为“块根”或“肉质根”。但块根的具体形态又因种而异,因具体植株的个性和生存环境而千变万化。

贮藏根的共性很早就引起了人类的

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