一株盐生植物的自述丨旱域生灵

2022-05-16 09:34:28 点将科技 37

  编者按:在我国广袤的西北干旱区,至西向东串珠状地横亘着温带沙漠和草原沙地。就在这大部罕有人群居住的地方,却生活着众多具有独特生存能力的动植物。它们尽使千种能耐,尽展万般风采,在大漠绝地里顽强而潇洒地生存着,默默地繁衍着。中科院之声与中国科学院新疆生态与地理研究所联合开设“旱域生灵”专栏,在这里,我们关注这些承载着干旱区生物多样性以及生态服务功能的动植物,让我们一起分享干旱区研究领域学者们的艰辛与付出,成果与期望吧!

  我是一株盐生植物,当然,这是人类对我们能在高盐环境下正常生长的植物的统称,实际上,我们的家族非常庞大,占了世界植物资源的1%!

 

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丰富多彩的盐生植物

    不仅如此,与地球上不同区域的人类在肤色、饮食喜好、生活习惯存在明显差异一样,由于生存环境的不同,我们的兄弟姐妹在形态、养分需求、对土壤盐分的适应策略方面也都不甚相同。因此,人类为了更好地认识我们,将我们分成了3个大的家族:吸盐盐生植物、泌盐盐生植物、拒盐盐生植物。

    尽管我们的家族之间存在很大区别,但有一样:我们都坚强地活在这个世界最艰苦的地方!我对此深感骄傲!


    由于时代过于久远,我们自己也不是很清楚我们的起源了,而且在漫长的历史中,由于人类更多地关注对他们更为有用的植物种类,比如粮食作物、林果树木,以及可以作为动物食物的饲草植物,我们一直被忽视,但我们并不气馁,我们相信:是金子迟早会发光,我们自身的价值一定会得到体现!我们只需要静静地等待。


   终于,我们的时代来临了,在地球上,随着人口的增加,人类需要更多土地,但良好的耕地资源实际上是不断减少的,终于,他们注意到了占世界陆地总面积6.5%的盐碱地,而那正是我们的舞台!


   于是,人类的目光终于转到了我们的身上,他们惊讶地发现,在他们认为根本无法生活的盐渍环境中,居然存在着丰富多彩的我们,这引起了他们极大的兴趣,于是,他们开始研究我们的起源,为我们制作了家谱,尽管很粗略,但我们依然感觉很欣慰,也很感谢他们!


    原来,我们的祖先最早是生活在海洋中的藻类,这可能是我们能够在高盐分环境中生存的基础,因为在我们的骨子里始终留存着适应高盐环境的基因。


   后来,我们逐渐进入陆地寻找新的生活家园,继而成为陆地淡水藻类,并逐渐由苔藓植物、蕨类植物到裸子植物再到被子植物进化,我们的形态随着生存环境的改变发生了明显的变化:逐渐形成了气孔、角质、蜡质和表皮毛等结构,这些都像盔甲一样,属于我们的表皮保护性结构,极大地扩展了我们的生存空间,使我们可以在海岸、岛屿和盐渍地区生存,并最终造就了今天的我们——盐生植物。


   在我们的生存环境中,土壤水分中溶解了大量有害的盐分。因此我们必须解决的一个难题是:如何有效吸收水分,同时逃避盐分带来的伤害。实际上,为了能在高盐环境中正常生长,我们在长期的进化过程中,还锻炼出了独特的生存本领。


   比如,我们家族中能力最强的吸盐盐生植物,身体形态发生了明显变化,叶子或者茎秆呈现肉质化特征,可以把从土壤中吸收的盐分“禁锢”在硕大的液泡中,而不影响发育。这样高浓度的盐分聚集在体内,有助于我们的根系更加轻松地从土壤中吸收水分,甚至水分会近乎主动的渗透到我们根系中来。

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吸盐盐生植物的代表(盐角草)

    比如泌盐盐生植物,发育出一些独特的组织:盐囊泡或者盐腺,它们就像水库一样,可以暂时将盐分存储在其中,并在恰当时期将其排出体外。这样我们吸收了生存所必须的水分,同时将有害的盐分排出体外。

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泌盐盐生植物的代表(琵琶柴)

   再比如拒盐盐生植物,顾名思义,我的这个兄弟非常傲娇,他对盐分直接采取拒绝的态度,选择不吸收或者少量吸收。也就是我们过滤盐分,直接吸收水分。


    因此,你们人类也应该向我们盐生植物学习:在面对挫折和困难的时候,你是勇于面对变害为利?坦然接受疏导排遣?还是铜墙铁壁不受伤害呢?

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拒盐盐生植物的代表(芦苇)

    当然,无论哪种本领,我们都是为了实现同一个目的:减少盐分对我们身体的伤害。


    另一方面,在与盐分长期的相处过程中,我们不仅采取斗争的方法,也试图与之建立良好的合作关系,通过进化,我们逐渐改变了我们的食谱,相比于其他植物将盐分作为“毒药”,我们通过自身的努力逐渐将盐分变为我们美味的食物。今天,盐分已经成了我们生命中不可或缺的养分,没有他们,我们反而很难正常生长了。说实话,虽然很另类,但我很佩服我们自己面对艰苦环境的斗争能力和采取的非常聪明的策略!


  尽管如此,我们的孩子(种子)在发育初期并没有掌握上述本领,因此,我们通过努力为他们打造了一系列的保护措施,比如我们有些兄弟姐妹将自己的孩子分成了两类(种子二型性),一类拥有坚硬的黑色外壳,可以在土壤中留存非常长的时间,通过休眠等待最佳成长时机;另一类拥有褐色外套,可以在土壤中尽快萌发,从而最大限度地让孩子健康成长。

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异子蓬的褐色种子与黑色种子(种子二型性)

  再比如有些孩子身上穿了一层粘液外套,可以减少盐分的危害。

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粘液保护层

   还有些直接在身上穿上了一层用坚硬的硅制作成的外套,也能最大限度地隔绝盐分带来的伤害。

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种子的硅保护层

   当然,我们所有的孩子还通过长期的锻炼,拥有了敏锐的洞察力,一旦出现较好的成长环境,就能快速萌发,因为,他们深知“机不可失,时不再来”!

 

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盐生植物种子快速萌发能力

   现在,你们就理解了我们生存的不易了吧!

  今天,通过科学家的研究和科学普及,人类对我们有了更深刻的认识,也在努力为我们提供更好的生存环境,比如,通过适当灌溉,给我们的孩子创造更好的萌发环境;根据我们不同生长发育时期的“饭量”及食物喜好,制定了针对性的食谱,提供了适量可口的食物(肥料),使我们从过去瘦弱的状态向健壮转变。我们的体重、身高增加了很多倍!

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通过滴灌为盐生植物种子萌发创造良好环境

   我们对此充满感激,我们也希望为人类作出相应的贡献,让我们很高兴的是,我们掌握的很多本领在今天逐渐有了用武之地,比如,我们的兄弟吸盐盐生植物可以通过吸收大量的盐分存储在自身体内,每亩地可以吸收盐分300-500公斤,2-3年后即可实现改良盐碱地的目标,并为其他普通作物提供良好的生长环境,虽然是为他人做嫁衣,但作为幕后英雄的我们倍感骄傲,而且,我们的身影已经扩展到全国主要盐碱区,并走出了国门

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利用盐生植物改良盐碱地

   当然,我们还可以作为动物的饲草,由于我们体内含有很高的盐分和一些特殊物质,可以提高牛羊肉的品质;我们还是美味的蔬菜,被端上了餐桌;我们体内含有大量盐基离子,通过高温锤炼,转变为生物炭,可以有效改良南方的酸性土壤;通过处理,我们还是非常有益健康的生物盐。通过千百年的等待,在今天这个“人人为我、我为人人”的时代,通过我们的努力,与人类相互成全,实现自身价值,我们很高兴!

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由盐生植物制作的饲草(左上)、生物炭(右上)、蔬菜(左下)、植物盐(右下)

    然而,随着人类对环境的破坏和对土地的过度开垦,我们的生存空间受到挤压,这让我们感到不安,有些兄弟姐妹正在逐渐永远地离开我们,虽然科学家正试图通过建立保育园保护我们,但这远远不够,未来,我们希望能得到更多的理解和爱护,我们也将作出自身的贡献!

(文中图片均来自中科院新疆生地所农田生态学研究团队)


来源:中国科学院新疆生态与地理研究所 

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