植物的外形与生活环境的联系.docx
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植物的外形与生活环境的联系
植物的外形与生活环境的联系
植物因不能自由迁移生长位置,所面对的环境因子变化多端且错综复杂,因此经过长期的自然进化,都以不同的外形而具备了适应自己生长环境的能力。
光环境对植物的影响
光环境改变使植物产生驯化及适应的能力甚为明显。
各种植物有其光合作用特性及能力,非耐阴性植物在强光照环境下可善用光源,光合作用旺盛,生长也良好;相反地,另有一部分植物(耐阴性植物)在低光照环境下其光资源的利用效率较高,故可长期生存在低光环境中。
这两种对光需求不同的植物各有其适宜的生长环境,例如在崩塌、裸露的地方,或经火灾烧过的地方,非耐阴性植物的种子可在这种环境条件解除休眠而发芽成小苗,而且可充分利用强光照进行光合作用,以致生长迅速而占据这些地方。
同一树种的不同个体间,因为生长在不同强度的光照下,会将生理活性、形态性状及生长表现作调节以求生存。
例如生长在低光度下的植株,会改变光合作用特性,以求长时间生存。
另外,形态性状的改变及光合作用产物在各器官分配的比例也是植物适应光度减弱的另一策略。
在低光度环境,植物根系重量减轻,原因在于光合作用产物分配给根系的比例降低了,以减少根系呼吸作用的耗损;至于叶片则会比较薄且较大,以减少分配在单位叶面积的碳水化合物,截取更多的光量;在茎部方面,则延伸节间长度,长得较高,期望能突破周围或上面其他植物的遮荫。
从这角度来看,长期的光度减少及光波组成的改变,植物以改变内在生理及外在形态性状的策略以求生存,但遗传特性并未改变,所以可视为适应环境改变的驯化机制。
在温带、寒带及高山地区,日照长度在一年当中有明显的变化,植物也受到日照长度周期变化的影响。
春天来临时开花且绽放新芽,秋天则停止生长,叶片也渐次呈现黄化或红化的秋色,随后以休眠的冬芽度过寒冬。
温度环境对植物的影响
让我们来看看温度变化所衍生的驯化及适应现象。
植物会吸收来自太阳辐射的能量,其中一部分供光合作用,一部分反射回大气中,最后一部分则以蒸散作用将热能蕴涵在水气中散失。
显然,第二及第三种生理程序会影响植物体热能的平衡。
生长在高光度下的植物,其叶片较小,叶缘缺刻较深,在生态学上深具意义,即表示单位体积的叶片有较大的表面积,而有利于热的散逸。
此等个体的叶表面的气孔密度较高、气孔腔较小,水分及空气通过的阻力较大,但在缺水时敏感度较低,可在强光环境下避免水分散失过快,也可在植物体内缺水时,继续进行缓慢的蒸散作用以平衡体内过多的热能。
他们的根系也较为发达,以便自土壤中吸收较多的水分供给叶片蒸散作用之需。
不同植物,平衡热能进出体内的功能不同,如高大的森林可吸收较一般农作物更多的光能,使我们感觉森林区域的光度较农作物区域为暗而较不刺眼。
不过,森林的水分蒸散作用较农作物旺盛,可将吸收的光能蕴涵在水气中以蒸散方式散失,而农作物却以较高比例的热辐射来散热,所以森林区域较为凉爽。
温带、寒带及高山地区,一年四季温度变化显著,且随着纬度及海拔高度的增加呈剧烈变化。
晚夏至秋天之际,植物因日照时数缩短而停止生长,且因温度的逐渐下降而自柔弱多汁的状态转变为含水量低且木质化的坚硬状态,体内的生长素平衡也改变,这种驯化过程称之为低温健化或霜健化。
经过低温健化的植株可在随之而来的冬天低温下生存而不致绝种。
植物在秋冬之际生长缓慢或停止虽对植物不利,但从相反的角度看,却因而有足够的时间及资源以抵抗更严厉逆境的能力;春天的苏醒与生长却要冒着偶发逆境的危害,这种适应方式也可视为植物与环境间的平衡与妥协。
水环境对植物的影响
水分也是植物适应环境的方式中的重要影响因子。
水分缺乏是最常见的逆境,在夏天因为水分的散逸快速,可能在一天之内就出现水分不足而使叶片下垂、凋萎。
事实上,软化、下垂、卷曲的叶片,可减少太阳辐射的截留量,减少叶片水分的蒸散损失,可视为植物维护体内水分的方式。
植物的光合作用吸进二氧化碳并释放氧,以及蒸散作用释出水分皆经由叶表面的气孔同时进行。
早上日出之后,由于阳光的诱导而使气孔张开,光合作用及蒸散作用得以进行。
随后因阳光逐渐增强,这些作用也渐趋旺盛。
当叶片水分散失速率高于水分自根部吸收后运送至叶片的速率时,气孔腔会缩小、阻力上升以减缓水分的散失速率,光合作用速率也会下降。
水分严重不足时,气孔腔完全关闭,蒸散作用及光合作用完全停止。
同一种植物的不同个体间,长期生长在土壤水分较短缺地区的,其叶片通常较生长在土壤水分充沛地区者为小、为厚,叶片上的气孔较小但较密集。
同时根系的生长较为繁茂,而且更深入土层,以增加水分的吸收能力,平衡蒸散作用的耗损。
在不同植物间,由于长时间在不同环境演化,也使之具有不同的水逆境忍受能力,或逃避干旱的特性。
例如生长在干燥地区的一年生植物,雨季来临时种子即发芽、生长,在数星期内开花、结果,在干季来临前种子已成熟,而以种子度过干季,逃避旱季的危害。
至于多年生的植物,则以减小叶面积或于干季落叶的方式减少水分的散失,甚至于叶完全退化,如仙人掌的叶退化为针刺,而木麻黄的叶退化为鞘状齿裂,我们所见类似叶的部位,事实上是枝条变形的。
生活中常见的植物适应环境的表现:
含羞草,原产地是赤道附近的热带雨林,为了减少狂风和暴雨对叶子的伤害,才会进化成一触就缩的反射。
仙人掌类,为防止体内水分蒸发,所有的叶子全进化成针刺,既能保护自己,又减少了水的流失。
林中的大多数喜阳植物都会向高处生长,目的是能接收更多的阳光。
猪笼草,是有名的热带食虫植物,猪笼草的叶端形成瓶状,上有小盖,平时小盖是开着的。
小盖的里侧能分泌蜜汁来引诱小虫,当小虫掉到瓶里边时,不仅小盖能及时关上,而且瓶里还生有密密的小毛,小虫纵然有翅也难以飞走。
爬墙虎,攀缘植物,枝上有卷须,卷须顶端及尖端有黏性吸盘,遇到物体便吸附在上面,无论是岩石、墙壁或是树木,均能吸附。
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