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泥炭蘚的生存智慧

2023-05-30 10:48韓國(guó)營(yíng)
知識(shí)就是力量 2023年1期
關(guān)鍵詞:水孔儲(chǔ)水泥炭

泥炭蘚是泥炭蘚科泥炭蘚屬植物的統(tǒng)稱,主要生長(zhǎng)在水濕環(huán)境及沼澤地帶。泥炭蘚這個(gè)名字的由來(lái),是指其植物體下部枯死后可形成泥炭。泥炭蘚能夠在這種特殊的環(huán)境中生存下來(lái),在龐大的苔蘚植物家族里占有一席之地,與其獨(dú)到的生存智慧是分不開(kāi)的。

泥炭蘚植株莖的頂端短枝叢生,呈現(xiàn)菊花狀,故又名“海花草”。

泥炭蘚莖上有強(qiáng)枝和弱枝兩種類型。莖頂端叢生的菊花狀枝和莖部向上伸展的枝屬于強(qiáng)枝。強(qiáng)枝伸展到空中,奧秘有三:其一是在有限的空間里,讓帶有葉綠體的葉片有更大的面積接受光線,有利于光合作用的進(jìn)行;其二是增加強(qiáng)枝攔截和接收空氣中塵埃的機(jī)會(huì),以便從中汲取生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分;其三是在強(qiáng)枝頂端生出孢(bāo)蒴(shuò)(指苔蘚植物孢子體頂端產(chǎn)生孢子的結(jié)構(gòu)),便于孢子向更廣闊的空間傳播。

弱枝附莖下垂,與主莖之間形成諸多空隙,可以產(chǎn)生毛細(xì)作用(類似油燈燈芯的作用),妙處有兩點(diǎn):首先能起到儲(chǔ)水的作用,而且有實(shí)驗(yàn)表明,泥炭蘚植株之間毛細(xì)作用的吸水量可達(dá)其自身重量的4倍之多;其次隨著水分從基部往頂端輸送,可使整個(gè)植株或群落降溫,減少烈日對(duì)頂端或群落的灼曬損傷。

泥炭蘚葉分為莖葉和枝葉兩種,有著不同的作用。莖葉貼著莖,通常比枝葉長(zhǎng)而大,呈舌形、三角形或劍頭形,而且莖葉與莖之間形成空隙,也能通過(guò)毛細(xì)作用儲(chǔ)蓄水分。

?解剖鏡下泥炭蘚的枝和葉(供圖/韓國(guó)營(yíng))

枝葉位于強(qiáng)枝和弱枝上,呈長(zhǎng)卵形、闊卵形或狹長(zhǎng)披針形。葉片常內(nèi)凹、邊緣常內(nèi)卷,呈瓢形,因此其儲(chǔ)水功能強(qiáng)大。有研究表明,葉片瓢形凹槽內(nèi)儲(chǔ)存水的質(zhì)量是葉片無(wú)色細(xì)胞所能儲(chǔ)存水質(zhì)量的8.5倍。

此外,泥炭蘚葉片細(xì)胞間有凸起結(jié)構(gòu),擴(kuò)大了濕潤(rùn)空氣與葉片的接觸面積,加快了葉片從空氣中吸水的速度和吸水量。泥炭蘚莖葉質(zhì)地柔軟有彈性,水滴與葉片碰撞后結(jié)合在一起不會(huì)分離,有利于莖葉把下落速度較快的雨水收入囊中,快速儲(chǔ)蓄雨水。

在顯微鏡下觀察,能清晰地看到泥炭蘚葉片是由大型的無(wú)色透明細(xì)胞和狹長(zhǎng)的綠色細(xì)胞相間構(gòu)成。在空間上,無(wú)色細(xì)胞猶如超大儲(chǔ)水袋,可以將其想象成一個(gè)無(wú)色透明的氣球,狹長(zhǎng)的綠色細(xì)胞穿梭在無(wú)色細(xì)胞間連接成網(wǎng)狀,兩種類型的細(xì)胞交織生長(zhǎng)。綠色活細(xì)胞連接成網(wǎng),增強(qiáng)了葉片的支撐力,無(wú)色細(xì)胞為光合作用活動(dòng)提供足夠的水源。

?泥炭蘚枝葉的無(wú)色細(xì)胞、綠色細(xì)胞和螺紋(供圖/韓國(guó)營(yíng))

?泥炭蘚枝葉的無(wú)色細(xì)胞上的水孔(供圖/韓國(guó)營(yíng))

其中的無(wú)色細(xì)胞是生理上的死細(xì)胞,其上具有水孔,能快速吸收并儲(chǔ)存大量水分,使泥炭蘚成為苔蘚植物中吸水能力最強(qiáng)的一類苔蘚,也因此被稱為“超級(jí)海綿”。同時(shí),無(wú)色細(xì)胞具有粗糙結(jié)構(gòu)(無(wú)色細(xì)胞因螺紋分布,使得細(xì)胞壁表面內(nèi)凹或外突,這些凹凸不平的凸起和大量水孔的存在,使泥炭蘚葉片表面粗糙),其中含有親水的纖維素物質(zhì),使得葉片表面具有超親水性。它的水孔可與外界保持氣體交換,利于水分進(jìn)入無(wú)色細(xì)胞內(nèi)部。葉片中部無(wú)色細(xì)胞也通過(guò)水孔連通,便于水分在細(xì)胞間傳導(dǎo)。

汽車輪胎中含有一層鋼絲網(wǎng),可以防止輪胎爆胎。而泥炭蘚在大型無(wú)色細(xì)胞表面也常有加厚的螺紋結(jié)構(gòu),同樣起到防止“儲(chǔ)水袋”炸裂的作用。另外,干旱條件下,泥炭蘚體內(nèi)缺失水分時(shí),螺紋的存在還能避免無(wú)色細(xì)胞塌陷。

泥炭蘚莖和枝含有大型無(wú)色表皮細(xì)胞,主要起著儲(chǔ)存和疏導(dǎo)水分及養(yǎng)分的作用,也具有水孔和螺紋。

所以說(shuō),整個(gè)泥炭蘚植株就像一個(gè)全身掛滿被鋼絲網(wǎng)加固過(guò)的儲(chǔ)水袋的小矮人,同時(shí)具備了支撐力和耐受力。

而且,泥炭蘚還能及時(shí)“甩掉”衰老的部分,輕裝上陣為生存而奮斗——基部年老植株不斷枯萎沉積形成泥炭,前端植株向上、向外生長(zhǎng)拓展空間,整個(gè)植物體始終保持強(qiáng)勁的生機(jī)活力。

泥炭蘚體內(nèi)含有豐富的長(zhǎng)鏈糖醛酸聚合物,當(dāng)生存環(huán)境中存在Mg2+(鎂離子)、Ca2+(鈣離子)等陽(yáng)離子時(shí),泥炭蘚便會(huì)釋放糖醛酸羧基中的H+(氫離子)與之進(jìn)行交換。通過(guò)這種離子交換行為,泥炭蘚一方面吸收外界的陽(yáng)離子,滿足自身所需營(yíng)養(yǎng)元素;另一方面酸化周圍環(huán)境,抑制其他苔蘚和植物的生長(zhǎng),有利于其自身向上、向外生長(zhǎng),捍衛(wèi)和拓展生存領(lǐng)域。

泥炭蘚的孢蒴呈球形,球上有蒴蓋,成熟時(shí)顏色呈棕栗色。泥炭蘚孢蒴下部?jī)?chǔ)存空氣,上部?jī)?chǔ)存著10萬(wàn)個(gè)或更多的孢子。在光照下,孢蒴脫水,內(nèi)部薄壁細(xì)胞強(qiáng)烈收縮,孢蒴形狀從球形收縮成圓柱形,下部氣壓增加到200~500千帕之間。孢蒴就像高射炮一樣爆炸發(fā)射,在極短時(shí)間內(nèi)把蒴蓋噴開(kāi)。上部?jī)?chǔ)存的孢子隨著高壓氣流,以每秒7.9~29.8米的速度(平均速度16米/秒),呈渦環(huán)方式(指在以某一方向運(yùn)動(dòng)的流體中,形成的以運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檩S心的旋轉(zhuǎn)閉合。)上升,仿佛迷你型的蘑菇云一樣,最終上升到10厘米以上——適合擴(kuò)散的高度。

?泥炭蘚已近成熟待噴射的孢蒴(棕色小球)(供圖/韓國(guó)營(yíng))

此“高射炮蘚”存在天然的巧妙之處。一是“炮身”——孢蒴內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙:孢蒴下部中空,收縮使儲(chǔ)存的空氣成為“開(kāi)炮”的動(dòng)力;二是“炮彈”——孢子飛行狀態(tài)巧妙:數(shù)以萬(wàn)計(jì)的孢子抱團(tuán)以渦環(huán)式高速上升,如同首尾相接的龍卷風(fēng),大大降低空氣阻力,增加上升高度;三是“炮彈”精準(zhǔn)命中目標(biāo)區(qū)域,為孢子的傳播距離提供保障,增大了泥炭蘚拓展新生存空間的機(jī)會(huì)。

小小泥炭蘚,生存智慧高,儲(chǔ)水小能手,炮彈欲與天比高。苔蘚植物,它常常出現(xiàn)在文人墨客的詩(shī)句里,也有著自己獨(dú)到的生存智慧。有機(jī)會(huì)去找尋一下它們,仔細(xì)觀察,也許你會(huì)有新的發(fā)現(xiàn)。

(責(zé)任編輯 / 張麗靜? 美術(shù)編輯 / 周游)

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