骆驼刺的生存智慧丨旱域生灵

作者:奈曼站  更新时间:2022-03-07

         来源:中国科学院新疆生态与地理研究所 

        和动物一样,植物每时每刻也在进行着新陈代谢,思考着如何生存的现实问题。而与动物不一样的是,植物没有四肢,只能在固定的区域里生活。生活在不同环境中的植物,面临着不同的生存考验,在长期的演化过程中,积累了自己的生存智慧。

水是生命之源。植物对环境中水分的利用和适应是其维持生存必不可缺少的技能。在这方面,不同植物可谓是“八仙过海,各显神通”。比如,生活在水中或潮湿等“奢侈”环境中的植物,为了克服缺氧环境进化出了长在地表能“呼吸”的根或气生根。然而,饱汉子不知饿汉子饥,生活在极端干旱区荒漠植物的命可没这么好。

在有着“死亡之海”之称的塔克拉玛干沙漠,巨大的潜在蒸发量(年均2500~3400毫米)使年均17.4~66.3毫米的降水显得微不足道,表层土壤的含水量极少。尽管如此,依然有许多多年生植物在此生存繁衍,起到防风固沙的作用,维持着荒漠生态系统的稳定,保障着绿洲内人们的生命财产安全。疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia Shap.,以下简称“骆驼刺”)是极端干旱区的建群种之一,多年生草本植物,因其是戈壁滩和沙漠中骆驼唯一能吃的草料而得名。接下来,我们就以骆驼刺为例介绍荒漠植物的生存智慧。

骆驼刺灌丛(摄影:李梅梅)

根深而枝叶茂。既然不能像其他植物靠天吃饭,那就得自己动手丰衣足食。骆驼刺为了获取宝贵的水资源,在种子萌发后,根系就拼命地向下扎,向深层潮湿的地方延伸,发展出了深达地下水的庞大根系。骆驼刺将这些来之不易的水分输送到地上进行光合生产。光合作用产生的有机物部分用于可溶性糖、脯氨酸等渗透调节物质的积累,维持了细胞的正常运转。同时,部分叶片退化成了刺(同化枝),减少了体内水分的散失。刺的演化还可以通过减少昆虫与动物的采食行为来保存自己。

骆驼刺根系的挖掘(左)和深达地下水的根系(右)(图片来源 :策勒国家站)

骆驼刺的根系不仅是吸收水分的重要器官,还能在水平方向上延伸,在适宜的地方破土长出新的植株,这种家族扩大的策略被称为“克隆生殖”,是一种无性繁殖方式。在塔克拉玛干沙漠南缘的荒漠-绿洲过渡带上,经常看到一丛丛骆驼刺彼此分离生长,但实际上它们的地下部分是相互连接的,彼此间交换着水分和养分。

那么,骆驼刺为什么会进化出这种繁殖方式呢?这是因为在极端干旱的环境中,表层土壤含水量极低,种子萌发十分困难。即使能幸运地被季节性洪水滋润并生根发芽,但洪水过境后,幼苗还没来得及向下扎根,体内水分就被炙热干燥的空气剥夺了。生下来容易,活下去难。因此,种子繁殖根本无法满足骆驼刺扩大种群的目的。故而,一根根横向生长的根系悄悄地出现了,它们伺机而动,寻找适宜的机会破土而出,最终形成了由一株株地下部分彼此相连的植株组成的大家庭。

这种繁殖方式一方面扩大了地上部分光合作用的面积,使骆驼刺能生产更多的能量和物质用于根系生长,另一方面,在面对地下水位下降等不利环境时,生存空间的拓展也为整个家族增加了生的希望

既然克隆生殖这么好,而种子繁殖全靠命,那为什么骆驼刺依然保留着开花结果的行为呢?梦想还是要有的,万一实现了呢。在这样恶劣的环境下,种子的产生或许是骆驼刺对种群扩大的“Plan B”。 

骆驼刺的克隆繁殖(图片来源:策勒国家站)

独脚难行,独木难支。骆驼刺不仅能化解“吃水难”的问题,而且也积极寻求与微生物建立合作,在它们的帮助下解决“营养不良”的问题。氮(N)是植物生长发育不可或缺的养分,虽然占据大气成分的78%,但不能被植物直接利用。而一些具有固氮作用的微生物类群(根瘤菌),以植物提供的有机物为能量来源,开启了被动技能,不仅能够将大气中的氮转化为植物所能利用的形式,而且还能促进植物对其他养分的吸收与利用。这种植物-微生物跨界合作的方式在包括骆驼刺在内的豆科植物中较为常见,使它们在极度贫瘠的荒漠中生存了下来。骆驼刺在解决自己温饱问题的同时,也为周边其他植物提供了养分,促进了整个群落的繁荣。

骆驼刺的根瘤(摄影:高艳菊、李梅梅)

荒漠植物顽强的生命力体现了它们的生存智慧。智者往往把有限的资源用于巩固自己的根基,懂得与人分享和合作,只有这样才能在逆境和瞬息万变的时代中克服万难,成就自己的人生。


参考文献:

1. 张利刚,曾凡江,袁娜,.不同水分条件下疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia)生长及根系分株构型特征[J].中国沙漠,2013,33(3):717-723.

2. 郭自春,曾凡江,刘波,.不同地理种群疏叶骆驼刺光合和水分代谢特性的差异[J].干旱区研究,2016,33(2):371-378.

3. 郭平林刘波张志浩,.疏叶骆驼刺与花花柴互作对氮素固定和根际微生物的影响[J].生态学报,2020,40(18):6632-6643.

4. Zhang Z., Akash T.*, Zeng F.*, et al., Nitrogen application mitigates drought-induced metabolic changes in Alhagi sparsifolia seedlings by regulating nutrient and biomass allocation patterns. Plant Physiology and Biochemistry, 2020, 155: 828-841.

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