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青藏高原植物于苦寒处绽芳华 来了解一下它们的生存之道

2020-10-15 科技日报 赵汉斌
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視覺中國供圖

  在上個月舉辦的第77屆威尼斯電影節“聚焦中國”特別市場展映活動中,國産紀錄片《喜馬拉雅的種子》一經亮相,就贏得了各方點贊。

  該影片以紀實的方式,介紹了青藏高原珍稀的野生植物資源,尤其是像塔黃、綠絨蒿等因獨特性而著稱的植物,它們在嚴酷的高原環境中爲生存繁衍所煥發出的頑強生命力,十分令人驚歎。

  有“世界屋脊”和“地球第三極”之稱的青藏高原總面積約250萬平方千米,平均海拔超過4000米,是中國三大自然階梯中最高一級。在數千萬年的隆起和複雜的地質、氣候變化過程中,生長在這裏的植物也在不斷發生著變化,並擁有著常人難以想象的“智慧”。

  抱團取暖來抵禦嚴寒

  “青藏高原高寒地區的植物正是憑借自己的獨特本領,在高原頑強地生存和繁衍著。”曾在中國科學院青藏高原研究所任職,並多次參加青藏高原科考的中國科學院西雙版納熱帶植物園黨委書記、副主任楊永平研究員說,溫度和水分是影響植物生長的兩個最重要的環境因子。以藏北爲例,年平均氣溫爲0-3℃,最熱月平均氣溫也只有8-l0℃。

  “在青藏高原西部的廣袤地區,年降水量不足100毫米,如何有效地抗旱保水,也是高原植物能否成功適應環境的關鍵所在。”楊永平說。

  爲了應對高原的低溫、幹旱和強風的惡劣環境,一些植物會通過緊密的植株排列和貼地的生長高度來保持小環境下的適宜溫度,類似于“抱團取暖”。這種矮化的植物不僅能夠避免較低的氣溫對植物的凍害,同時還能避免強風引起的強烈蒸騰導致植物水分喪失,以及土壤和岩層反複融化凍結引起的植物細胞缺水。

  高山流石灘上的“墊狀植物”就是一種典型的矮化植物。墊狀植物是對具有球形或半球形表面的植物的總稱,有極端縮短的莖、密集的葉或者小枝,是植物經過多年輻射性生長而形成的緊密簇生結構。在喜馬拉雅地區,常見的墊狀植物有墊狀點地梅、雪靈芝、鑽葉風毛菊等,通常分布在山地高寒草甸帶和高山流石坡稀疏植被帶之間,呈斑塊狀或者條帶狀分布。

  這些植物堪稱高寒環境中的“工程師”,它們不但自己適應了高寒、強旱等極端環境,還會改善生長位置及周邊生境的土壤的物理和化學性質、營養成分和水熱條件,爲其自身及其他物種創造並維持一個條件更加優越的、特殊的微環境。這種在墊狀植物內部形成的微環境,還能夠顯著提高群落的物種多樣性和豐富度,在群落物種組成和結構方面起著重要的調節作用。

  “多功能外套”成防護神器

  雪域草灘地、鹽湖或流石灘上,菊科風毛菊花屬有衆多植物明星。如弱小火絨草全身披著白色或灰白色的絨毛;還有高山雪蓮,全株長滿白色長絨毛;近年由于一些植物科普紀錄片的傳播,擁有絨毛“大衣”的雪兔子也格外引人注目。

  據了解,雪兔子是多年生、一次結實,根呈黑褐色,有紡缍狀分枝。它的莖直立,高達30厘米,全身披著稠密的白色、黃褐色或淺紫色的厚棉毛,這些棉毛的禦寒保暖效果一點都不遜于科考人員身上的羽絨服,可避免凍傷。

  可別小看了這件“外套”,它的作用可不止保暖這麽簡單。楊永平解釋說,雪兔子能在高寒惡劣的環境中得以生存,全靠這件“秘密武器”。

  記者了解到,雪兔子的絨毛可以起到三重防護作用:第一,高原山地受到的太陽輻射遠遠高于其他地區,長長的絨毛有利于雪兔子更好地抵禦太陽輻射;第二,由于石縫的儲水能力較差,很難供植物生長所需,而雪兔子的大量絨毛可以更好地保留水分爲己所用;第三,厚厚的絨毛也可以盡量保存花粉,作爲繁衍後代的重要工具。

  然而,並不是所有的植物都能擁有厚厚的絨毛,那些“衣著單薄”的植物也會找到其他辦法來防止自身水分散失,增加葉片表面的蠟質層就不失爲一個好主意。

  針茅屬是多年生密叢草本植物,全世界約100種,主要分布于亞洲和歐洲的溫帶和暖溫帶地區。昆明植物所的研究人員此前在考察中發現,藏北高原上相對幹旱的高寒草原地區生長著一種特殊的紫花針茅。

  楊永平帶領團隊利用三代測序平台和技術進行對比分析,發現紫花針茅在基因表達中優化了紫花針茅合成蠟酯的功能。“葉片表面的蠟酯形成了一個蠟質保護層,可減少水分蒸發,增強紫花針茅對幹旱環境的適應能力。”楊永平說。

  各出奇招博昆蟲一顧

  對于植物來說,開花的目的就是爲了通過傳粉産生種子,進而完成繁衍。植物的傳粉方式主要分爲自花傳粉和異花傳粉,其中自花傳粉不需要依賴于傳粉媒介,一棵植物自身就能産生種子;而異花傳粉則需要媒介的幫助在不同植物間完成傳粉。在環境惡劣的高海拔地區,能夠爲植物傳粉的動物種類和數量都要遠遠少于內陸。因此,高原植物爲博昆蟲一顧都使出了渾身解數。

  植物可以通過多種方式來吸引昆蟲,其中最主要的一種就是增強花的展示度以增加對昆蟲的吸引能力。用大而鮮豔、形狀特異的花朵“招蜂引蝶”,馬先蒿當屬個中翹楚。楊永平說,列當科的馬先蒿有600至800個種,許多特有種分布在青藏高原地區。馬先蒿最大特點之一是其花冠形態多樣,幾乎每個種的花朵都不相同,變化之多讓人眼花缭亂。

  已有的研究表明,馬先蒿缤紛多樣的花冠類型是與其傳粉機制相適應而長期演化的結果。顔色鮮豔、形狀各異的花朵,可以增強其對傳粉蜂蟲的吸引力。

  而塔黃則開辟了與昆蟲“你爲我傳粉,我替你養娃”的合作模式。常見于海拔4000—6000米區域的蓼科大黃屬植物塔黃,在經過5—7年的風雪考驗後,性成熟的塔黃便會長出高達1.5—2米的花序,由下向上逐漸變細;花序外面一層一層包裹著大型半透明的奶黃色苞片。

  在一片片低調的苞葉下,藏著一串串等待發育的花序。層層疊疊的苞葉,爲花朵和各種各樣的昆蟲搭起天然的暖房。花序由下而上次第綻開,昆蟲在花序上爬來爬去,就會把別處帶來的花粉不經意間抹到塔黃雌蕊的柱頭上,于是在不經意間就幫助塔黃完成了授粉。

  爲了將來能繼續與這些昆蟲保持合作,塔黃還不惜貢獻出自己大約三分之一的種子給這些昆蟲的幼蟲作爲食物。

打印 責任編輯:張芳丹

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