自然萬物失去了水會干枯。越是高等生物,對水的依賴性越強。然而,卻有少數(shù)高等植物即便失去體內95%的水分,仍然能堅持活很久,這類植物就是復蘇植物,它們干而不死,遇水則生。其耐脫水性大概是植物在從水生向陸生進化的過程中學到的本領。
大多數(shù)復蘇植物體內的水分隨環(huán)境變化而變化,而不影響其生存能力。目前,全世界范圍內,大約存在200種復蘇植物。生活在喀斯特石灰?guī)r石壁上的旋蒴苣苔就是其中一種,它是苦苣苔科中分布最北的一種,能以脫水狀態(tài)在北緯40度地區(qū)越冬。
旋蒴苣苔(譚庭鴻 攝)
旋蒴苣苔在極度脫水的情況下以一種類似休眠的方式存活,在水分充足的時候又能快速地吸收水分恢復生活狀態(tài)。旋蒴苣苔之所以能在干癟與靈動之間切換自如,是因為它體內的DNA在起作用。植物缺水時,會向中樞系統(tǒng)發(fā)出信號,系統(tǒng)則會調控基因做出變化,編碼一些抗旱的蛋白或是酶類物質,增強植物耐旱性。在脫水過程中,旋蒴苣苔也會保護光合作用的結構和快速恢復蛋白的合成能力不受損傷。植物葉片在脫水過程中積累的蔗糖能為它的復水過程提供能量。
植物葉片和幼嫩的莖、果表皮層中都有一種半月形或啞鈴形的保衛(wèi)細胞。兩個對生的保衛(wèi)細胞中間有一個小孔,是氣孔。氣孔是植物與外界進行氣體交換的通道,吸收二氧化碳,排出水分和氧氣。植物感受到干旱脅迫后,會關閉氣孔,減少水分蒸發(fā)。如果干旱延長,植物就會讓自己的主根不斷向下伸長,尋找水源,長出更多的側根和根毛,吸到更多的水。干旱會引起植物體內物理信號、化學信號以及電流等信號的傳遞,使各種植物細胞感知干旱,并將干旱信號傳導網(wǎng)絡,級聯(lián)放大而作用于基因,從而調控干旱響應基因的表達與蛋白質的修飾,最終改變代謝方向,引起植物抗旱反應。例如,合成一些保護性分子,如蔗糖、脯氨酸、LEA蛋白滲透、滲調蛋白和抗氧化酶等。這些物質的增加,可以降低植物滲透,促進植物細胞保持水分,降低活性氧傷害,保護大分子物質,減少蛋白質變性和膜損傷。
低等復蘇植物和高等復蘇植物在干旱和復水過程中的表現(xiàn)和采取的手段是不同的,后者顯然更經(jīng)濟劃算。
雖然很多陸生植物的種子和花粉能夠耐脫水,但復蘇植物是唯一能夠以葉子等營養(yǎng)器官忍耐脫水的一類植物。由于陸生植物獲得了越來越有效地吸收、運輸和保持水分的結構,如維管組織,這種耐脫水能力僅被保留在種子和花粉中,而在葉片等營養(yǎng)器官中被丟失了;只有生活在長期季節(jié)性干旱生境中的一些植物在進化過程中,對種子中的耐脫水程序進行重新編程,使之在營養(yǎng)器官中重新獲得了復蘇能力。
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