水對(duì)植物的重要性

水是植物體內(nèi)最多的物質(zhì)，也是最重要的、無(wú)法替代的物質(zhì)。水分占植物體鮮重的60%至90%，既可作為各種物質(zhì)的溶劑充滿(mǎn)在細(xì)胞中，也可以與其他分子結(jié)合，維持細(xì)胞壁、細(xì)胞膜等的正常結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，使植物器官保持直立狀態(tài)。植物細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸、生物膜裝配、新陳代謝等過(guò)程都離不開(kāi)水。

如果沒(méi)有水，植物將無(wú)法順利地散發(fā)熱量，保護(hù)自己不受炎夏烈日的灼傷。如果沒(méi)有水，植物也無(wú)法吸收土壤中的礦物質(zhì)和有機(jī)營(yíng)養(yǎng)。水不但是植物體自身生長(zhǎng)和發(fā)育必需的物質(zhì)條件，也是植物體與周?chē)h(huán)境相互聯(lián)系的重要紐帶。

當(dāng)植物遇到干旱時(shí)

當(dāng)一棵正在旺盛生長(zhǎng)的植物所能吸收的水分不能滿(mǎn)足自身需求時(shí)，最初，葉片只是一點(diǎn)一點(diǎn)地萎蔫。如果不能得到及時(shí)的水分補(bǔ)給，植物就會(huì)逐漸放慢甚至停止生長(zhǎng)發(fā)育，葉片乃至整個(gè)植株逐漸干枯，變黃脫落，輕則生物量下降，重則植物死亡。

導(dǎo)致植物干旱的原因很多，一種是由于土壤水分不足，致使土壤鹽分濃度增高和有毒物質(zhì)增多，使植物根系不能吸收水分而萎蔫。那么，植物在干旱來(lái)臨時(shí)就只能被動(dòng)忍耐、束手無(wú)策了嗎？

對(duì)大多數(shù)陸生植物來(lái)說(shuō)，抵御干旱的能力有限，尤其是生長(zhǎng)在水分較豐富地區(qū)的那些很少遇到干旱的濕生植物和中生植物，這些植物所具有的一些基本手段，可以抵御持續(xù)時(shí)間短的、程度較輕的干旱脅迫。

如果干旱脅迫延長(zhǎng)，植物就會(huì)加強(qiáng)根系的生長(zhǎng)，主根向下伸長(zhǎng)進(jìn)入更深的地底尋找水源，側(cè)根和根毛增多，使植物吸收水分的面積增大，促進(jìn)水分的吸收。同時(shí)減緩地上部的生長(zhǎng)，以減少水分和能量消耗，并轉(zhuǎn)向生殖生長(zhǎng)，促進(jìn)衰老以加速果實(shí)和種子成熟，以生物量和產(chǎn)量為代價(jià)來(lái)?yè)Q取生命的延長(zhǎng)和延續(xù)。這也是為什么旱災(zāi)經(jīng)常導(dǎo)致嚴(yán)重的農(nóng)作物減產(chǎn)。

植物對(duì)決干旱

那些不幸生長(zhǎng)在缺水干旱環(huán)境下的植物，它們是怎樣活下來(lái)的呢？如果要用一句話(huà)概括，應(yīng)該是八仙過(guò)海，各顯其能。

在非洲的撒哈拉大沙漠里生長(zhǎng)著一種叫“短命菊”的菊科植物，只要有一點(diǎn)點(diǎn)雨滴的濕潤(rùn)，它的種子就會(huì)馬上發(fā)芽生長(zhǎng)，在短暫的幾個(gè)星期里完成發(fā)芽、生根、生長(zhǎng)、開(kāi)花、結(jié)果、死亡的全過(guò)程。

沙漠中還有一種木賊，它的種子在降雨后10分鐘就開(kāi)始萌動(dòng)發(fā)芽，10個(gè)小時(shí)以后就破土而出，迅速地生長(zhǎng)，僅僅兩三個(gè)月就走完了自己的生命歷程。它們懂得適應(yīng)氣候特點(diǎn)，利用短暫的雨季或僅一次降雨來(lái)完成生長(zhǎng)和繁殖，而避開(kāi)旱季。

更多的植物是通過(guò)一些特殊的結(jié)構(gòu)來(lái)維持在干旱環(huán)境中生長(zhǎng)發(fā)育所需的水分，它們通常被冠以“耐旱植物”的美稱(chēng)。例如，一些生長(zhǎng)在我國(guó)西北沙漠和戈壁中的植物常具有十分發(fā)達(dá)的根系，能充分利用土壤深層的水分，并及時(shí)供應(yīng)地上器官，就像沙漠中的胡楊樹(shù)，可將根扎進(jìn)地下10多米，頑強(qiáng)地支撐起一片生命的綠洲。

有些植物為了抗旱，退化葉片，或?qū)⑷~片變成鱗片、膜、鞘、革質(zhì)，以減小蒸騰失水，就像梭梭和檉柳，最大限度地保持和利用那來(lái)之不易的有限水分。另有些植物具有特殊的控制蒸騰作用的結(jié)構(gòu)，如馬藺葉片表面具有的厚角質(zhì)層，沙冬青的葉表面有一層蠟質(zhì)或灰白色毛，夾竹桃葉片氣孔凹陷等。這些耐旱植物對(duì)付旱情的有力措施，都是通過(guò)有效地保水或吸水以達(dá)到水分平衡的目的。

仙人掌科和景天科植物更為特殊，具有肉質(zhì)結(jié)構(gòu)，貯水組織非常發(fā)達(dá)，如北美洲沙漠中的仙人掌，一棵可以高達(dá)15米至20米，貯水2000千克以上。

另外，這類(lèi)植物有特殊的光合固定二氧化碳途徑，氣孔白天關(guān)閉，利用體內(nèi)固定的二氧化碳進(jìn)行光合作用。夜晚張開(kāi)，吸收二氧化碳并固定。這樣一來(lái)，既可以減少蒸騰量，維持水分平衡，又能同化二氧化碳，這種策略也是保水耐旱。

神奇的復(fù)蘇植物

自然界中還有一類(lèi)植物，可以生活在極端干旱的環(huán)境里，但是并沒(méi)有特殊的結(jié)構(gòu)來(lái)保水，也沒(méi)有強(qiáng)大的根系來(lái)吸水。這類(lèi)植物采取的是一種相反的策略，即快速?gòu)氐椎孛撍?，減弱生理代謝活動(dòng)，進(jìn)入一種類(lèi)似休眠的狀態(tài)度過(guò)干旱時(shí)期。而在水分變得充足時(shí)又快速地吸收水分，恢復(fù)生活狀態(tài)，繼續(xù)完成其生活史。

在休眠至生長(zhǎng)的這個(gè)過(guò)程中，這些植物表現(xiàn)出形態(tài)結(jié)構(gòu)上的可見(jiàn)變化，干旱時(shí)葉片發(fā)生卷曲、變硬、失綠，復(fù)水時(shí)逆轉(zhuǎn)，重新變得舒展、柔軟、鮮綠，就像它死而復(fù)生一般，因此，人們把這類(lèi)植物稱(chēng)為復(fù)蘇植物。英語(yǔ)有個(gè)非常有意思的表達(dá)，說(shuō)它們是干而不死。

我國(guó)明代《本草綱目》中就記載過(guò)的“九死還魂草”卷柏，可以在晾干后，經(jīng)浸水而生。據(jù)說(shuō)卷柏的干標(biāo)本在時(shí)隔11年之后浸在水里，居然能復(fù)活恢復(fù)生機(jī)。筆者也曾將一種名為牛耳草的苦苣苔科植物風(fēng)干5年后放在濕濾紙間，幾個(gè)小時(shí)后就復(fù)蘇了。所以，這類(lèi)植物的適應(yīng)策略是耐旱但不保水。

科學(xué)研究告訴我們真相

細(xì)胞學(xué)和分子證據(jù)顯示低等復(fù)蘇植物和高等復(fù)蘇植物在干旱和復(fù)水過(guò)程中的表現(xiàn)和采取的手段是不同的，后者顯然更經(jīng)濟(jì)劃算。雖然很多陸生植物的種子和花粉能夠耐脫水，但復(fù)蘇植物是唯一能夠以葉子等營(yíng)養(yǎng)器官忍耐脫水的一類(lèi)植物。

最新的理論推測(cè)，耐脫水性是一種古老的性狀，大概在植物從水生向陸生進(jìn)化的過(guò)程中獲得。由于陸生植物獲得了越來(lái)越有效的吸收、運(yùn)輸和保持水分的結(jié)構(gòu)，如維管組織，這種耐脫水能力就僅僅被保留在種子和花粉中，而在葉片等營(yíng)養(yǎng)器官中被丟失了。

只有生活在長(zhǎng)期或季節(jié)性干旱環(huán)境中的一些植物，在長(zhǎng)期適應(yīng)性進(jìn)化過(guò)程中對(duì)種子中的耐脫水程序進(jìn)行重新編程，使之在營(yíng)養(yǎng)器官中重現(xiàn)而重新獲得了復(fù)蘇能力。

人類(lèi)的不斷探索

對(duì)自然奧妙的好奇一直是科學(xué)進(jìn)步的主要?jiǎng)恿χ?。雖然植物干旱反應(yīng)與適應(yīng)這個(gè)問(wèn)題在人類(lèi)孜孜不倦努力探索下已經(jīng)獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，然而，關(guān)于形形色色的避旱植物和耐旱植物適應(yīng)干旱的分子機(jī)理、環(huán)境影響與遺傳控制，以及能否加以利用來(lái)改良農(nóng)作物的抗旱性，仍然是很多科學(xué)工作者正在努力攻關(guān)的難題。