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      紅樹林沼澤的主人

      2022-01-18 18:39:04劉海明
      天天愛科學(xué) 2022年2期
      關(guān)鍵詞:鹽類紅樹鹽分

      劉海明

      在我國南方沿海地區(qū)的海灘上,常能看到一些2至4米高的小喬木。它們長著綠色的、橢圓形的葉子,黑褐色的樹皮,還有一些看上去頗為奇怪的、從樹干上伸出來并扎入海水中的“小木棍”。

      乍一看,這種喬木渾身上下似乎沒有跟紅色有關(guān)的東西,怎么就被叫作紅樹了呢?

      觀察植物的時(shí)候,可是需要一些耐心和細(xì)心的哦!

      仔細(xì)觀察葉片——翻過葉片,中部最粗壯的那根主脈呈現(xiàn)出了紅色;葉柄也呈現(xiàn)出淡淡的紅色。

      僅此而已了嗎?

      紅樹的樹干是黑褐色的沒錯(cuò),但是如果輕輕剝開一小塊樹皮——樹皮之下的莖干居然是紅色的。

      在熱帶地區(qū),人們會(huì)將這類紅樹植物砍伐下來使用,新鮮的莖干切面同樣是紅色的。

      原來,在紅樹植物的樹干中,存在一種叫作單寧酸的化學(xué)物質(zhì)。這個(gè)名字聽起來很陌生,但其實(shí)它離我們并不遙遠(yuǎn)——沒熟透的水果吃起來會(huì)有些發(fā)澀,就是因?yàn)槠渲泻袉螌幩帷?/p>

      含有單寧酸的植物的樹皮被剝開或者樹干被砍斷后,植物組織暴露在空氣中,其中的單寧酸會(huì)被空氣中的氧氣氧化,因而顯示出紅色。

      所以,這類植物被叫作紅樹植物。

      在植物學(xué)領(lǐng)域,一提到“紅樹”,通常泛指紅樹屬甚至紅樹科的眾多植物,也有使用“紅樹”這個(gè)名稱代表紅樹這一種植物的,但這種情況比較少。

      與其他生活在溫暖濕潤的陸地環(huán)境中的植物相比,紅樹植物的生存環(huán)境相當(dāng)惡劣。

      紅樹植物扎根于海邊的空曠灘地,在這些地區(qū),臺(tái)風(fēng)等極端天氣時(shí)?!肮忸櫋保绻麤]有特殊本領(lǐng),紅樹是不可能活下來的。

      植物的根系不僅要吸收養(yǎng)分,而且也需要吸收空氣。海邊的濕地含水量較高,在這樣的環(huán)境中,紅樹植物的根是怎樣呼吸的呢?

      另外,生活在內(nèi)陸的植物,根系“喝”的是淡水,含鹽量比較低。而紅樹生活的海邊,潮漲潮落,海水不停地給紅樹帶來大量鹽分。紅樹植物要如何“消化”這些鹽分以確保自己安然無恙呢?

      最后,還有一個(gè)非常重要的問題——繁衍后代。在比較濕潤的陸地環(huán)境中,種子成熟后會(huì)從枝頭脫落,或是隨風(fēng)飛舞,或是借助于人和動(dòng)物到達(dá)一個(gè)新的生活環(huán)境,之后開始萌發(fā)、長大。而這一切對(duì)于紅樹植物來說則是一種奢望。如果在海邊散播種子,起起落落的海水會(huì)將種子帶到廣闊無垠的大海中去。落地生根?不可能的。紅樹植物要怎么解決這個(gè)難題呢?

      在漫長的進(jìn)化之路上,紅樹植物找到了三個(gè)應(yīng)對(duì)策略——生出支柱根和呼吸根、形成特殊結(jié)構(gòu)以及胎生繁殖。

      面對(duì)大風(fēng)等惡劣天氣時(shí),植物會(huì)想方設(shè)法讓自己存活下去。

      有的植物會(huì)使勁往深處扎根。研究人員發(fā)現(xiàn),20米高的大樹,其樹根在土壤中的深度可能遠(yuǎn)超20米?!案畹俟獭闭f的就是這個(gè)意思。

      有的植物則想出了另一個(gè)辦法——給自己“架拐”,也就是形成支柱根。玉米的莖在接近土壤的地方就有一圈伸進(jìn)土壤的根,這就是支柱根。

      在熱帶雨林中,很多植物(如大花五埡果、印度橡皮樹、紅厚殼等)長有像木板一樣的板狀根,這些板狀根就像是加強(qiáng)版的拐棍,能夠幫助這些植物不至于伏倒在大風(fēng)之中。

      一提起榕樹,就想到人們常用“獨(dú)木成林”來形容它,其實(shí)說的就是榕樹的樹干能生出許多支柱根,讓榕樹不至于因自重太大而被自己壓趴下。

      紅樹植物與榕樹很相似,也會(huì)從樹干上生出一些棍狀的支柱根,幫助植物在海邊“站穩(wěn)腳跟”。不僅如此,在土壤中積極拓展根系的支柱根能夠緊緊地抓住土壤,讓土壤不至于因?yàn)楹K臎_刷而大量、快速地流失。紅樹植物還能降低海浪對(duì)海邊環(huán)境的侵?jǐn)_,保護(hù)生活在紅樹林中的小動(dòng)物,所以,人們也將紅樹植物稱作“海岸衛(wèi)士”。

      關(guān)于植物的根,還有另外一個(gè)現(xiàn)象經(jīng)常被人們所忽視——根是需要呼吸的。

      我們知道,水中的氧氣含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于空氣中的氧氣含量,對(duì)于生活在濕地中的紅樹植物而言,該怎么辦呢?

      得想辦法從空氣中直接獲取氧氣。

      紅樹植物有兩種能夠進(jìn)行呼吸作用的根,一種是從樹干或者樹冠下部的分枝產(chǎn)生的、下垂的氣生根,這種根不會(huì)垂到地面上;一種是生長在泥土中的根,這種根會(huì)向上生長,形成小枝一樣的突起,這些小根就不是向地性生長了,而是背地性生長。這兩種根都長有發(fā)達(dá)的通氣組織,能夠幫助紅樹植物順利獲取空氣中的氧,實(shí)現(xiàn)根的呼吸作用。

      海水又咸又苦,因?yàn)楹K泻写罅康柠}類物質(zhì),包括氯化鈉(也就是食鹽的成分)、氯化鎂、硫酸鎂、碳酸鎂以及其他多種鹽類物質(zhì)。

      海水對(duì)很多植物來說是危險(xiǎn)的——在植物體內(nèi)大量聚集的鹽分會(huì)造成植物體內(nèi)滲透壓的變化,導(dǎo)致許多有水參與的生理反應(yīng)或者化學(xué)變化不能正常進(jìn)行,從而使植物出現(xiàn)病態(tài),甚至死亡。在含有大量鹽堿成分的鹽堿地中,植物數(shù)量稀少就是這個(gè)原因。

      不過,紅樹植物是很聰明的,它們不會(huì)任由鹽類物質(zhì)在體內(nèi)聚集,而是將這些物質(zhì)排出體外或是“圈”起來以降低危害。

      桐花樹是紅樹植物的一種。植物學(xué)家在桐花樹的葉片表皮發(fā)現(xiàn)了一種特殊的結(jié)構(gòu)——鹽腺。鹽腺一般由兩個(gè)或多個(gè)細(xì)胞組成,與普通的植物細(xì)胞不同,鹽腺細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)濃厚,細(xì)胞核較大,細(xì)胞中的線粒體非常多。另外,這類細(xì)胞中沒有非常大的中央液泡,而是有許多小液泡。鹽腺細(xì)胞能夠?qū)⑧徑?xì)胞中的鹽類物質(zhì)通過細(xì)胞之間的通道——胞間連絲——運(yùn)輸?shù)阶约旱捏w內(nèi),然后將這些鹽類物質(zhì)排出細(xì)胞外,或者通過鹽腺,將這些鹽類物質(zhì)排出植物體外。

      植物排出鹽分的示意圖

      有一些紅樹植物雖然沒有鹽腺,但是它們也有自己的辦法。比如木欖葉片的葉肉細(xì)胞內(nèi)就有一個(gè)利器——含晶細(xì)胞。

      含晶細(xì)胞,簡(jiǎn)單來說,就是含有晶體的細(xì)胞。這類植物會(huì)在生理活動(dòng)中,不斷地將細(xì)胞內(nèi)的有害鹽類物質(zhì)聚集到一起,促成這些鹽分物質(zhì)形成結(jié)晶。這是紅樹植物為了能夠在海邊生存下去而形成的一種特化的細(xì)胞。

      植物排出鹽分的示意圖

      有一些結(jié)晶很漂亮。比如草酸鈣結(jié)晶就是四方晶系;在有些植物中,細(xì)胞中的針狀晶體會(huì)排列成晶束,或者形成特別的立體結(jié)構(gòu);有些鹽類物質(zhì)形成的結(jié)構(gòu)是鐘乳體,就像石花洞中的鐘乳石似的,細(xì)胞中形成的鐘乳體可以看成是鐘乳石的微縮版。不過,漂亮歸漂亮,這些晶體對(duì)植物可是有害的。植物這樣做,就是將這些有害的鹽類物質(zhì)“圈”起來、聚集起來,盡可能減弱它們對(duì)于植物細(xì)胞的傷害。

      一般來說,絕大多數(shù)植物都會(huì)通過開花結(jié)果來繁衍后代,果實(shí)與種子成為植物產(chǎn)生后代的關(guān)鍵因素。不過,比這更為關(guān)鍵的是種子所處的環(huán)境。種子只有在適宜的環(huán)境中才會(huì)萌發(fā)、生根、長葉。

      但是,紅樹植物很不一樣,它居然是胎生繁殖的。

      這聽起來似乎很奇怪。我們只聽說過胎生動(dòng)物,怎么會(huì)有“胎生植物”呢?

      以小雞和小貓為例。雞是卵生動(dòng)物,雞蛋要經(jīng)過孵化才能由蛋清和蛋黃變成小雞;而貓是胎生動(dòng)物,剛出生的小貓?jiān)诮Y(jié)構(gòu)上跟成年的貓基本相同。

      對(duì)于植物而言,種子需要慢慢地生長發(fā)育才能長成幼苗。從這個(gè)角度來看,這像不像雞蛋經(jīng)過孵化形成小雞的過程?

      而能夠進(jìn)行胎生繁殖的植物可以直接“生”出一株小苗,這就是紅樹植物神奇的地方。

      其實(shí),紅樹植物是有種子的,只不過這些種子尚在枝頭的時(shí)候就開始萌發(fā)、長出幼根和葉片,一株微縮版的紅樹就這樣在紅樹媽媽的枝頭誕生了。當(dāng)紅樹的后代準(zhǔn)備落地時(shí),已經(jīng)不再是一顆小小的種子了,而是一株小苗。這就像是貓媽媽生出來的是小貓,而不是一枚需要孵化的卵一樣。

      紅樹植物為什么要進(jìn)行胎生繁殖呢?這是由它們所處的特殊環(huán)境造成的。

      一般來說,種子萌發(fā)需要四個(gè)基本條件:光照、溫度、水分以及穩(wěn)定的土壤環(huán)境。而紅樹植物所在的海邊濕地,潮水頻繁,種子掉落在海邊濕地后很可能被海水卷走,無邊無垠的大海對(duì)種子而言是了無生機(jī)的絕境。此外,海水鹽分高,種子無法直接吸收利用。所以,即便是有適宜的光照和溫度,種子也是很難萌發(fā)的。形成種子要消耗掉植物很大一部分營養(yǎng)(約15%—33%),投入這么多,一定得有回報(bào)才行。如果形成的種子全死光了,就相當(dāng)于這部分的能量投入全都浪費(fèi)了,這對(duì)植物來說是很不利的。所以,植物會(huì)想方設(shè)法提高后代的生存率。

      胎生繁殖,就是紅樹植物為了繁衍后代而進(jìn)行的一次成功的嘗試:

      紅樹植物通過開花結(jié)果,在枝頭形成種子。種子成熟后并不落地,而是直接萌發(fā)成幼苗。紅樹幼苗下端粗大,末端尖銳,就像標(biāo)槍似的,能夠垂直插入海灘淤泥松軟的表層,不久就可以生根定植。待潮水再次上漲的時(shí)候,幼苗已經(jīng)完成了定植,不會(huì)被海水沖走了。即使運(yùn)氣不好,被海水沖走也沒有關(guān)系。幼苗可以在海水中漂流2至3個(gè)月而不會(huì)死亡,一旦到達(dá)陸地或者淤泥灘,幼苗就會(huì)立即生出幼根,完成自己的使命。

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