你能水能

植物大戰干旱

史軍   發表于  2012-12-16 18:13

2009至2010的西南大旱會在很多的人的記憶里留下深深的印記——太陽升起,天空沒有一絲云彩,陽光之下,河流干涸,大地都張開了要水喝的嘴巴。在灌溉設施幾成擺設的大旱之間,我們還能期望田里長出什么呢?好在,植物生理學和生物工程的發展,已經讓我們看到了一絲綠色的希望。

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從土壤中搶水的根

你首先能想到的可能是植物的根系要強,要扎得足夠深,殊不知,土壤不是水池,干旱的土壤就更不是了。相對于那些泡在大海里的海藻,在陸地上的植物都算得上是掘取水分的精英了。

土壤不是培養液,通常濕潤土壤的含水量僅為20%左右。從中汲水并非易事。我們都知道,腌咸菜時,蘿卜青菜的水分會被粗鹽或者鹽水“榨”出來,變成菜干,鹽水越濃,脫水效果也越明顯。

植物吸水也是用同樣招數,根系變成了“鹽水”,從“清淡”一些的土壤里奪取水分。奪取水分能力的高低直接決定了植物的抗旱能力,而這種能力又是由根系中細胞溶液的濃度決定的。只不過,根系提高濃度不是靠鹽,而是氨基酸、甜菜堿和甘露糖等物質,要不我們就只能吃“咸菜”了??茖W家已經找到了,掌控脯氨酸積累的基因。脯氨酸具有很高的水溶性, 可以保護細胞膜系統, 維持胞內酶的結構, 減少胞內蛋白質的降解, 脯氨酸的積累可以防止氮素的流失, 而且不會產生毒副作用。通過人工選擇那些可以適量產生脯氨酸的作物品種,對于根系吸水大有裨益。實際上,這項指標已經應用在小麥的育種工作中了。

不畏干旱的綠葉

持久的干旱帶來的不光是根系的干渴,還有每天強烈的光照。雖說光合作用離不開陽光,但是過于強烈的光照也會曬傷葉子。本來太陽光跟葉綠體一起加工出氧氣是個和諧的過程,可是有時候,有些光線和氧氣湊在一堆就搞起了破壞——通常來說氧分子所攜帶的電子都是成對出現,但是在陽光的作用下,氧分子的電子對會被拆散,從而形成帶單個電子的超氧離子(自由基)。這些家伙很不安分,它們會搶奪周圍分子的電子,從而破壞葉綠體和細胞膜的結構。特別是在強光下,這種效應尤為明顯。這樣就需要超氧化物岐化酶(就是我們平常所說的SOD)來收拾局面了,它會連同過氧化物酶一起,把自由基變成無害的水和氧氣。雖然,我們無法得知混在化妝品里,抹在臉上的SOD是不是同樣敬業,但是葉片中多安排點SOD確實對于烈日下的農作物有保護作用。

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當然了,除了SOD酶,葉片上的結構對于保存水分也是至關重要的。葉片看起來就像是一塊濕毛巾,每個部分都在喪失水分。實際上,葉片的表皮就像保鮮膜一樣能包住水分,不讓它們逃離。而葉片上有很多專門的水分通道,那就是氣孔,絕大多數水分是通過這些大門,跑到空氣中去的。而耐旱作物葉片上的氣孔密度比較小,加上它們的表皮普遍比較厚,加上蠟質層的保護,就像把水分放進了保險箱。

常見景天科耐寒植物,石蓮花(所以你知道養多肉植物的秘訣了吧——少!澆!水?。?/em>圖片來源:www.flickr.com

另外,還有一些在干旱地區生活的植物(比如景天科植物),它們的氣孔通常只在夜間開放,將二氧化碳吸收并儲存起來。白天時再慢慢釋放出這些二氧化碳,進行光合作用。有了這樣的葉片,耐寒植物就不愁在干旱條件下繼續吸收陽光進行光合作用了。

抗旱植物的龜息大法

隨著干旱的持續,即使吸水強悍的根系都無法汲取水分的時候,脫水已經不可逆轉,皺縮的膜結構可能會扯破,失去水分結合的蛋白質也可能開溜,從而造成永久性的損傷。不過,抗旱作物還可以玩“龜息大法”——一種被稱為Lea的特殊蛋白質能跟其他不同的功能性蛋白質發生結合,指揮它們堅守在各自的崗位上,直到再次獲得足夠的水分。

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還有更為神奇的耐旱植物,那就是在民間被稱為“九死還魂草”的卷柏。之所以叫這個名字,是因為在干旱季節它們能拋棄體內70%以上的水分,一旦雨水降臨,就立馬回復綠意和生機,就像變戲法一樣。雖然,抗干旱的功夫了得,但是這種植物卻不是什么與塵世隔絕的仙草,在很多山頭上都有它們的身影。

抗旱植物卷柏,圖片來源:www.flickr.com

之所以能抗干旱,是因為這些草(確切地講是蕨類植物)的細胞里可以生產抵御干旱的物質——海藻糖(由兩個葡萄糖分子合成)。不管是動物還是植物細胞內都有一個微小的水環境,各種細胞器、蛋白質都漂浮其間,就像水草、金魚漂浮在水族箱里一樣。一旦脫水,里面的東西自然擠成一團,那生產代謝工作的流水線就完全被破壞,細胞也難逃死亡的厄運。而卷柏的海藻糖,正是幫助它們的細胞在脫水時維持較為穩定“流水線”的結構,以等待甘霖降落。

順便說一句,不光是卷柏,有些動物也有類似的絕招。生活在非洲的一種搖蚊的幼蟲也能在體內合成海藻糖,從而抵抗干旱,甚至能以這種狀態在宇宙真空條件下生存至少一年。

在了解植物這些抗旱的能力之后,我們就可以用各種育種方法,將那些優秀的基因引入我們的作物,讓更多干旱荒山變成綠洲良田將不再是神筆馬良式的奇想。

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抗旱作物明星——高粱

圖片來源:bloggingfoodforthought.blogspot.com

高粱是公認的耐旱能力最強的作物之一。在生長期內,每株高粱的耗水量僅為1.53千克,而同樣被認為抗旱的玉米則需要2.32千克。這種從非洲來的禾本科植物之所以如此抗旱,是因為有幾手絕活。

第一招,異常強悍的根系。高粱的根系十分發達,不僅根系長,而且生長速度很快,所以可以占據很大提及的土壤,這樣的根系系統可使植物充分吸收利用貯存在土壤中的水分。

第二招,高梁的葉片氣孔阻力和蒸騰量適應了土壤水分虧缺 ,也就是說葉片可以幫助高粱保存盡可能多的水分。高粱葉片還具有發育良好的蠟質層,通過提高對光輻射的反射率以降低蒸騰。

第三招,高粱在完全達到凋萎前其細胞壁具有伸縮性,可以調節失水速率,同時高粱還可以延長葉片綠葉期,延緩衰老,從而了延長生長期。

這些強悍的能力造就了高粱,目前它已經成為重要的旱區作物。在生物能源日益發達的今天,高粱已經不僅僅是抵御饑荒的糧食,或者飼料的來源。它們還為生物能源的生產提供了極佳物質基礎。

30條評論
  • 1樓
    2013-02-18 14:45 teds1

    我的???

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  • 2樓
    2013-02-18 15:23 鳶尾的眼睛

    板凳!

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  • 3樓
    2013-02-18 15:26 VVV82

    前排?
    話說高粱原來來自非洲啊

    評論
  • 4樓
    2013-02-18 17:29 光譜

    (⊙o⊙)…

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  • 5樓
    2013-02-18 17:53 你才是神經病

    瞬間腦補成《植物大戰干尸》……

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  • 6樓
    2013-02-18 18:57 布蘭斯-dark

    學到了很多。

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  • 7樓
    2013-02-18 19:37 女仆長的PAD

    首頁的標題啊。。。。 細數特別愛干”的植物

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  • 8樓
    2013-02-18 20:19 臥荷逢聽瀝雨聲

    真隱蔽....

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  • 9樓
    2013-02-18 20:55 大家的辛

    不仔細看還真找不到這個,太小了。

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  • 10樓
    2013-02-19 01:39 Amaranth 國際關系學學士ψ

    根本沒看清那行小字寫的什么。。。

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  • 11樓
    2013-02-19 07:20 金吉拉喵

    愛干的,愛干的,愛干的...小編你的節操呢??!

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  • 12樓
    2013-02-19 10:46 頭戴黑紗的女王

    把肉肉生生澆水澆死了的默默飄過……

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  • 13樓
    2013-02-19 13:34 聊齋志翼

    說的是啊,那個鏈接怎么回事……為什么那么小,那么隱蔽……
    你以為是開卷考試考小字??!

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  • 14樓
    2013-02-19 19:32 向阿仁

    把標題的某字都成第四聲

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  • 15樓
    2013-02-19 19:59 YI_YU


    果殼的排版越來越奇葩了。。。

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  • 16樓
    2013-02-19 21:42 暗喜

    奇葩+1

    還以為是什么重口味見光死的東西hah

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  • 17樓
    2013-02-21 18:22 Uruz2

    暈,小編拿個蓮花掌屬的植物來冒充石蓮花呢;還有。。。養好多肉植物和少澆水又有什么關系。。

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  • 18樓
    2013-02-22 22:53 y.changle

    知道了那種神奇的植物和動物

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  • 19樓
    2013-02-23 13:50 rydtufyguhlij

    看標題還以為是在夾花簽時特別愛脫水的植物。。。要不然也可能是不澆水就干(枯)死(掉)的植物。。點進來才發現是抗旱的植物。。。我的理解力偏差的是有多厲害?。。。ê冒晌页姓J我沒看到引號

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  • 20樓
    2013-02-23 23:26 哈利的海德薇
    引用@向阿仁 的話:把標題的某字都成第四聲

    原來我不是一個人。。

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  • 21樓
    2013-02-24 12:25 矩陣閃電

    一入果殼深似海,節操從此是路人

    引用@哈利的海德薇 的話:原來我不是一個人。。


    引用@向阿仁 的話:把標題的某字都成第四聲


    引用@manageryzy 的話:首頁的標題啊。。。。


    引用@金吉拉喵 的話:愛干的,愛干的,愛干的...小編你的節操呢??!
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  • 22樓
    2013-03-07 16:10 we_cry 空間信息與數字技術專業ψ
    引用@矩陣閃電 的話: 一入果殼深似海,節操從此是路人


    !!!

    歡迎加入 眼與視覺 小組
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  • 23樓
    2013-03-07 16:16 茉莉rain

    那明明是蓮花掌屬的艷日輝!哪里是石蓮花了??!

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  • 24樓
    2013-03-07 16:19 茉莉rain

    另外,養活肉肉的秘訣可以說是少澆水,因為對于生手而言,寧干勿濕。但少澆水絕對不是養好肉肉的秘訣?。?!不同種類的肉對水分的需求不同,即使是同一株肉,不同時期對水分的需求也不同!所以絕對不是少澆水三個字就可以解決滴!

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  • 25樓
    2013-03-07 16:52 edison0354
    引用@你才是神經病 的話:瞬間腦補成《植物大戰干尸》……

    你絕對不是一個人!

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  • 26樓
    2013-03-07 17:26 黏液君 果樹學博士生ψ

    嚯嚯,多肉植物王道~一月1水沒問題

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  • 27樓
    2013-03-20 13:45 我沒有英文名

    神奇的植物

    評論
  • 28樓
    2013-03-20 13:46 我沒有英文名

    神奇的植物

    評論
  • 29樓
    2013-05-13 12:25 你才是神經病
    引用@edison0354 的話:你絕對不是一個人!

    擊掌

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  • 30樓
    2016-04-18 22:48 花生油a-13

    寫的挺好就是有錯別字

    在灌溉設施幾成擺設的大旱之間,

    耐寒植物就不愁在干旱條件下繼續吸收陽光進行光合作用了。

    所以可以占據很大提及的土壤,

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