植物界的多樣性及其與環(huán)境的關(guān)系

1、植物界的多樣性及其與環(huán)境的關(guān)系贛榆縣實(shí)驗(yàn)中學(xué)丁明武在自然界中，不論高山或平原、陸地或水域，甚至沙漠及巖石上，都生長(zhǎng)著各種各樣 的植物。尤其是種子植物，它們征服自然界的能力更強(qiáng)，適應(yīng)性更廣；是植物界中最強(qiáng)盛的 一群；它們之間的差別是非常之大；有的體高可達(dá)百米以上，有的卻小到僅有12毫米； 有的常年綠葉成蔭，有的到了秋、冬季節(jié)樹葉全都脫落；有的可開出鮮艷迷人的花朵，有的 卻以清雅素淡的小花逗人喜愛；有的香飄數(shù)里，有的卻臭得叫人厭惡；有的香甜可口或營(yíng)養(yǎng) 豐富，有的辛辣苦澀或有毒。這些植物和我們?nèi)粘５囊?、食、住、行及醫(yī)藥或美化環(huán)境等都 有直接或間接的關(guān)系。自然界為什么會(huì)出現(xiàn)這么豐富多采，千姿百態(tài)的植物

2、呢？因?yàn)槊恳环N植物，只能在適 應(yīng)于它的環(huán)境條件下生長(zhǎng)和發(fā)育，但環(huán)境條件千變?nèi)f化，在不斷地改變，植物也必須不斷地 發(fā)生變異和更新，同它相適應(yīng)。產(chǎn)生的新性狀，有的可以遺傳給后代，新的后代又可能產(chǎn)生 新的變異。植物既有不斷進(jìn)行自我復(fù)制的遺傳性、又有不斷變異的特殊性。由于有變異，植 物界才能從最簡(jiǎn)單的原始單細(xì)胞植物，逐步發(fā)展并聯(lián)合成群體，又從群體進(jìn)化為多細(xì)胞的植 物體。這種由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由低等到高等的一系列進(jìn)化過(guò)程，都和外界環(huán)境條件的變化，發(fā) 生密切的聯(lián)系。下面列舉幾種生活于不同環(huán)境中的植物類型。水生植物現(xiàn)存的各種水生顯花植物，是由陸生植物再度退回水域的次生現(xiàn)象。有的是全株沉沒 于水中；有的是植株的葉

3、片漂浮于水面，或僅植株的一部份挺出水面。例如金魚藻 Ceratophyllum demersum，狐尾藻Myriophyllum spicatum都是沉水植物；其表皮細(xì)胞壁 變得很薄，沒有角質(zhì)層、臘被或木栓層；植物體的各個(gè)部位都能直接從水中吸取水分和無(wú)機(jī) 鹽，因此根系往往退化或僅用于固著；輸導(dǎo)系統(tǒng)也隨之減弱，但水中的空氣很稀薄，因此體 內(nèi)產(chǎn)生多而大的氣室，可以貯存大量的空氣，一方面有助于光合作用和呼吸作用時(shí)進(jìn)行氣體 交換；同時(shí)可使植株漂浮于水的上層而不至下沉。其葉子細(xì)裂成絲狀，是適應(yīng)水中光線微弱 的特點(diǎn)，細(xì)裂的葉片可增加與光的接觸面，莖葉及表皮細(xì)胞都有葉綠體可以增強(qiáng)利用光能的 能力。另一些植物

4、，如風(fēng)眼蘭Eichhornia dpeciosa葉柄中部有膨大如胡蘆狀的氣囊。水鱉 Hydrocharis dubia氣室位于每個(gè)葉片的背面。水龍Jussieua repens在植物體上產(chǎn)生許多棒狀的白色呼吸根，根內(nèi)貯滿了空氣。這些都是專門的浮水裝置， 可使植物體漂浮于水面上，能夠獲得充分的陽(yáng)光和空氣，這類植物稱為浮水植物。還有香蒲 Typha latifolia荸薺Eleocharia dulcis等挺水植物；植物體的大部分挺出水面，對(duì)陽(yáng) 光和空氣的需求可以得到滿足；但下部沉沒于水中，氣體交換仍較困難，所以體內(nèi)的通氣組 織也較發(fā)達(dá)。干旱荒漠植物在氣候非常干旱，年雨量較少（僅幾十毫米，甚至幾毫

5、米），而且60%80%集中于夏 季，其它時(shí)間就更加干旱。由于土壤嚴(yán)重缺水，常常引起鹽漬化現(xiàn)象。有機(jī)物質(zhì)極為缺乏。植物要在這樣的環(huán)境中生活，必須有抵抗極度干旱的能力；增強(qiáng)吸水力，減少水份喪失和大 量貯存水份等特性。但不同的種類其抗旱的方式也各不相同；例如仙人掌屬Opuntia（圖1） 和大戟屬Euphorbia的某些種類，它們之所以能生活在沙漠地帶，是因其莖變成肥胖而肉質(zhì) 化，葉子退化，體內(nèi)的薄壁細(xì)胞能貯存大量的水；貯存的水份有時(shí)可達(dá)本身重量的95%。 同時(shí)體表層角質(zhì)化，氣孔深深下陷。細(xì)胞內(nèi)有豐富的粘液，這些都可使水份蒸發(fā)變得極為緩 慢。在長(zhǎng)期缺水的情況下仍能維持生活。有人做過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)：將1棵

6、體重37.8公斤的仙 人球移入室內(nèi)，六年沒有給水，六年后這棵仙人球僅蒸發(fā)掉11公斤的水?？傊瞪参镎?個(gè)新陳代謝都極為緩慢。這是它們?cè)谏娑窢?zhēng)中獲得的適應(yīng)性。鹽生植物不論在沿海的海濱、干涸的內(nèi)陸湖或是鹽湖附近，都有鹽土出現(xiàn)。土壤中除食鹽外， 還有石膏，鈣鹽和鎂鹽，鹽土中的交換性鈉起加水作用，生成氫氧化鈉，再與土壤中的二氧 化碳化合，生成碳酸鈉，即成為堿土。這種高鹽的生活環(huán)境一般的植物是無(wú)法生長(zhǎng)的，但卻 有一些喜歡多鹽，并且具有特殊適應(yīng)能力的植物，能世世代代生活在此。例如：濱藜屬 Atriplex，堿蓬屬Saeda，海乳草屬Glaux等。它們對(duì)不同氣溫和海拔都有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。 只要是含鹽的土

7、壤，不管是青藏高原或東南沿海，都能看到它們的蹤跡。它們的外部形態(tài)與 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和旱生植物有許多相似的特征;因鹽土使它們產(chǎn)生生理干旱，所以植物體變成肉質(zhì)， 體內(nèi)含有很高的水份，可達(dá)體重的90%以上。并積累大量的鹽份，可達(dá)4%左右，因此細(xì)胞 液的滲透壓很高，可達(dá)40-100大氣壓，根系也很發(fā)達(dá)，這就保證植物可以從高鹽的土壤中 吸收到足夠的水份。并可將體內(nèi)多余鹽份通過(guò)莖葉的分泌腺排出體外，稱為泌鹽作用。圖2鹽生植物 紅樹朗加皿安1.在母樹上發(fā)育的幼胚2.插入泥土中的支柱根另一種類型的鹽生植物是生長(zhǎng)在我國(guó)南方的海灘上，構(gòu)成海灘森林一一紅樹林，它們 是由紅樹 Rhizophora apiculata （圖

8、 2）、海蓮 Bruguiera sexangula、欖李 Lumnitzera racemosa等種類組成。漲潮時(shí)整個(gè)植物被海水淹沒，退潮時(shí)暴露于海灘上，它們不但要 適應(yīng)海水和沼澤泥中的鹽份，還要抵抗海潮和波浪的沖擊。它們除具有一般鹽生植物的特點(diǎn) 外，還在樹干的下部產(chǎn)生許多支柱很，向下彎曲成拱形并深深扎入泥土中，使植株能牢牢地 固定在泥灘上。這種根還有呼吸的功能，因沼澤泥土中空氣極少，體內(nèi)的通氣組織相當(dāng)發(fā)達(dá)， 下陷的氣孔、皮孔等都有助于體內(nèi)外氣體交換。有些還可以產(chǎn)生一種呼吸根，露出地面，執(zhí) 行氣體交換。由于長(zhǎng)期生長(zhǎng)在海潮漲落及海水沖擊的環(huán)境，種子難于得到一個(gè)穩(wěn)定的萌發(fā)環(huán) 境，繁殖的方式也發(fā)生

9、了變化，種子成熟后并不脫離母體，而是在母體上發(fā)育成幼胚，具有 一個(gè)粗壯棒形的胚軸，它們可從母體吸取大量的養(yǎng)料，貯存于幼胚內(nèi)，長(zhǎng)到一定程度脫離母 體，借助本身的重量下墮而插入沼澤泥土中，幾小時(shí)后胚軸即長(zhǎng)出側(cè)根，將幼苗固定在海灘 上。部分幼胚可能被海水沖走，只要碰到合適的泥灘，就能很快生長(zhǎng)發(fā)育。這種過(guò)程稱為胎生現(xiàn)象。高山植物在高原地區(qū)，特別是在4000米以上的山頂，常年積雪不化，氣溫極低，年平均溫度在 0 C以下；風(fēng)力又大，紫外線很強(qiáng)，土壤脊薄，水份稀少；就在這樣的雪線下仍有一些不畏 嚴(yán)寒，傲然挺立在雪山上的植物生存著。如雪蓮Saussureamedusa（圖3），個(gè)體矮小，莖節(jié) 強(qiáng)烈的縮短，蓮座

10、狀的葉序緊貼地面，呈半球形，有利于抵抗高山疾風(fēng)的吹襲。又能從地表 面獲得稍高的溫度。既可防寒，又可減少水份的喪失，還能將過(guò)強(qiáng)的陽(yáng)光，特別是紫外線反 射出去，免于傷害體內(nèi)的組織。并有粗壯而深長(zhǎng)的根系，可從礫石縫中或瘠薄的土壤中吸收 水分和無(wú)機(jī)鹽。這些形態(tài)特征是他們戰(zhàn)勝惡劣環(huán)境的重要武器，是長(zhǎng)期適應(yīng)環(huán)境的結(jié)果。圖3禺山植物 雪蓮SaussurcTt me血瓠森林下的植物生長(zhǎng)在森林下的植物，對(duì)光線的要求是很敏感的，因?yàn)楣饩€被喬木層和灌木層所遮蔽， 能射入林下的光線極為稀少，但陽(yáng)光又是植物生命活動(dòng)中不可缺少的。林下的草本植物必然 要為本身的生存及如何獲得陽(yáng)光去斗爭(zhēng)，有些種類就向著喜歡蔭蔽的方向發(fā)展。例

11、如天南星 Arisaema consanguineum，重樓Paris fargesii，其葉片變成大而寬，又薄又光滑，成水 平展開，葉綠體的體積增大，這些都有利于吸收微弱的陽(yáng)光。另一些種類，它們變成附生生 活，例如石斛Dendrobium nobile，硬葉蘭Cymbidium pendulum （圖4）它們附生在喬木樹 干或分枝上，使植株能上升到比較容易獲得陽(yáng)光的空間。在林下還能見到這樣一類植物，它 們的莖干變得特別細(xì)長(zhǎng)而柔韌，如異萼藤Porana racemosa，石蒲藤Pothos chinensis， 蛇葡萄Ampelopsis brevipedunculata，它們產(chǎn)生特殊的攀援器

12、官，攀援上升或以莖干纏繞 于其他樹上；使其葉子可以到達(dá)森林的上層，保證可以獲得光合作用所需要的陽(yáng)光，稱為藤 本植物。還有一些是以縮短生活史周期的方式來(lái)適應(yīng)林下的生境，例如銀蓮花屬Anemone 和紫堇屬Corydalis的某些種。當(dāng)早春，森林的上層一一落葉的喬、灌木還未長(zhǎng)出葉子，這 是森林下陽(yáng)光最充足的時(shí)候，它們就破土而出，極其迅速的長(zhǎng)出莖葉，并很快的開花結(jié)果， 在短短的幾個(gè)星期之內(nèi)，完成它的整個(gè)生活史過(guò)程，等到喬、灌木的葉子生長(zhǎng)齊全，阻礙陽(yáng) 光透入林下時(shí)，它們?cè)缫淹瓿闪诉@一代的生活史命，已將種子散布出去，稱為短命植物。圖4森林中的附生植物硬葉蘭花 C/m&idiEU PeMulwn寄生植物在

13、植物界也有一小部分植物，它們和動(dòng)物一樣，體內(nèi)沒有葉綠素，不能進(jìn)行光合作用， 自己不能制造有機(jī)物質(zhì)，而是靠寄生在它種植物體上，吸收寄主體內(nèi)的養(yǎng)料來(lái)營(yíng)養(yǎng)自己，稱 為異養(yǎng)植物或寄生植物如兔絲子Cuscuta chinensis無(wú)根藤Cassythe filiformis，鎖陽(yáng) Cynomorium coccineum，它們的葉子都退化了，植物也不再呈綠色。另一些種類，雖然也有 寄生的特性，其根仍然插入它種植物的體內(nèi)，吸收寄主的水份和部分養(yǎng)料，但其葉子仍正常 發(fā)育，細(xì)胞中的葉綠素仍可進(jìn)行光合作用，制造有機(jī)物質(zhì)，兼有自養(yǎng)的特性。這部分植物稱 為半寄生植物例如桑寄生Loranthus parasiticu

14、s，就是這類植物的代表。共生植物在我們收獲花生Arachis hypogaea和大豆Glycine soja的時(shí)候，常?？梢钥吹礁瞪嫌幸涣ＡＯ裆傲５臇|西，那叫根瘤，因?yàn)橛懈鼍鶥acterium生活在根的組織中，并在根細(xì)胞中繁殖，使得該處的組織反常發(fā)展，而成根瘤。這些植物可以提供給固氮根瘤菌所需要的水份和無(wú)機(jī)鹽，及居住場(chǎng)所，而固氮的根瘤菌可將空氣中的游離氮固定為可利用的氮源，除供固氮的根瘤菌本身所需外，還可提供給花生或大豆利用，這兩種不同的植物共同生活在一起，互利互惠，互為補(bǔ)充，使各自都能在生存斗爭(zhēng)中得到好處。因這種共生的特性對(duì)種族的保存和發(fā)展有利，而被一代代的遺傳下來(lái)，并發(fā)展為一支強(qiáng)大的隊(duì)

15、伍，豆科植物和一些其它的植物都有和根瘤菌共生的現(xiàn)象。食蟲植物在我們?nèi)粘Ｉ钪幸话愫苌儆腥俗⒁獾街参镆材艹詣?dòng)物。植物界確有一些種類，它們 長(zhǎng)期生活在缺氮的環(huán)境中，只靠根系從土壤中吸取氮源是不夠的;必須發(fā)展其它的獲氮途徑。 例如貍藻Utricularia aurea（圖5）它們生活在酸性的小池塘或水溝中，氮素營(yíng)養(yǎng)很缺，生 活環(huán)境迫使其植物體不得不產(chǎn)生變異。經(jīng)過(guò)自然選擇，及遺傳的作用，其部分葉片發(fā)展成鼠 籠式的捕蟲囊；囊口有門（瓣膜）及觸毛。在水中游動(dòng)的小蟲子碰到囊口的觸毛，門立即打開， 小蟲子隨著水流進(jìn)入囊內(nèi)，該門的構(gòu)造是只能進(jìn)不能出，進(jìn)入囊內(nèi)的小蟲再也出不來(lái)了。溺 死在囊內(nèi)的消化液中，因囊內(nèi)壁有許多能分泌消化酶的腺細(xì)胞，這種酶能把蟲體的蛋白質(zhì)分 解消化，以補(bǔ)充植物體對(duì)氮素的需要。還有豬籠草Nepenthes mirabilis其捕蟲囊像個(gè)瓶形， 是部分葉柄的變態(tài)，囊口的小蓋才是葉片本身。茅膏菜Drosora peltata葉片變成具有許 多腺毛的捕蟲器，它們都能分泌消化蛋白質(zhì)的酶，將蟲體的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為本身所需的氮素。圖5食蟲植物園貍藻Utricularia auree上述種種不同的生態(tài)型植物，它們都有特定的居住范圍。生長(zhǎng)在