生长在青藏高原的植物拥有着常人难以想象的“智慧”

2020-10-15 15:46:59来源：科技日报

在上个月举办的第77届威尼斯电影节“聚焦中国”特别市场展映活动中，国产纪录片《喜马拉雅的种子》一经亮相，就赢得了各方点赞。

该影片以纪实的方式，介绍了青藏高原珍稀的野生植物资源，尤其是像塔黄、绿绒蒿等因独特性而著称的植物，它们在严酷的高原环境中为生存繁衍所焕发出的顽强生命力，十分令人惊叹。

有“世界屋脊”和“地球第三极”之称的青藏高原总面积约250万平方千米，平均海拔超过4000米，是中国三大自然阶梯中最高一级。在数千万年的隆起和复杂的地质、气候变化过程中，生长在这里的植物也在不断发生着变化，并拥有着常人难以想象的“智慧”。

抱团取暖来抵御严寒

“青藏高原高寒地区的植物正是凭借自己的独特本领，在高原顽强地生存和繁衍着。”曾在中国科学院青藏高原研究所任职，并多次参加青藏高原科考的中国科学院西双版纳热带植物园党委书记、副主任杨永平研究员说，温度和水分是影响植物生长的两个最重要的环境因子。以藏北为例，年平均气温为0—3℃，最热月平均气温也只有8—l0℃。

“在青藏高原西部的广袤地区，年降水量不足100毫米，如何有效地抗旱保水，也是高原植物能否成功适应环境的关键所在。”杨永平说。

为了应对高原的低温、干旱和强风的恶劣环境，一些植物会通过紧密的植株排列和贴地的生长高度来保持小环境下的适宜温度，类似于“抱团取暖”。这种矮化的植物不仅能够避免较低的气温对植物的冻害，同时还能避免强风引起的强烈蒸腾导致植物水分丧失，以及土壤和岩层反复融化冻结引起的植物细胞缺水。

高山流石滩上的“垫状植物”就是一种典型的矮化植物。垫状植物是对具有球形或半球形表面的植物的总称，有极端缩短的茎、密集的叶或者小枝，是植物经过多年辐射性生长而形成的紧密簇生结构。在喜马拉雅地区，常见的垫状植物有垫状点地梅、雪灵芝、钻叶风毛菊等，通常分布在山地高寒草甸带和高山流石坡稀疏植被带之间，呈斑块状或者条带状分布。

这些植物堪称高寒环境中的“工程师”，它们不但自己适应了高寒、强旱等极端环境，还会改善生长位置及周边生境的土壤的物理和化学性质、营养成分和水热条件，为其自身及其他物种创造并维持一个条件更加优越的、特殊的微环境。这种在垫状植物内部形成的微环境，还能够显著提高群落的物种多样性和丰富度，在群落物种组成和结构方面起着重要的调节作用。

“多功能外套”成防护神器

雪域草滩地、盐湖或流石滩上，菊科风毛菊花属有众多植物明星。如弱小火绒草全身披着白色或灰白色的绒毛;还有高山雪莲，全株长满白色长绒毛;近年由于一些植物科普纪录片的传播，拥有绒毛“大衣”的雪兔子也格外引人注目。

据了解，雪兔子是多年生、一次结实，根呈黑褐色，有纺缍状分枝。它的茎直立，高达30厘米，全身披着稠密的白色、黄褐色或浅紫色的厚棉毛，这些棉毛的御寒保暖效果一点都不逊于科考人员身上的羽绒服，可避免冻伤。

可别小看了这件“外套”，它的作用可不止保暖这么简单。杨永平解释说，雪兔子能在高寒恶劣的环境中得以生存，全靠这件“秘密武器”。

记者了解到，雪兔子的绒毛可以起到三重防护作用：第一，高原山地受到的太阳辐射远远高于其他地区，长长的绒毛有利于雪兔子更好地抵御太阳辐射;第二，由于石缝的储水能力较差，很难供植物生长所需，而雪兔子的大量绒毛可以更好地保留水分为己所用;第三，厚厚的绒毛也可以尽量保存花粉，作为繁衍后代的重要工具。

然而，并不是所有的植物都能拥有厚厚的绒毛，那些“衣着单薄”的植物也会找到其他办法来防止自身水分散失，增加叶片表面的蜡质层就不失为一个好主意。

针茅属是多年生密丛草本植物，全世界约100种，主要分布于亚洲和欧洲的温带和暖温带地区。昆明植物所的研究人员此前在考察中发现，藏北高原上相对干旱的高寒草原地区生长着一种特殊的紫花针茅。

杨永平带领团队利用三代测序平台和技术进行对比分析，发现紫花针茅在基因表达中优化了紫花针茅合成蜡酯的功能。“叶片表面的蜡酯形成了一个蜡质保护层，可减少水分蒸发，增强紫花针茅对干旱环境的适应能力。”杨永平说。

各出奇招博昆虫一顾

对于植物来说，开花的目的就是为了通过传粉产生种子，进而完成繁衍。植物的传粉方式主要分为自花传粉和异花传粉，其中自花传粉不需要依赖于传粉媒介，一棵植物自身就能产生种子;而异花传粉则需要媒介的帮助在不同植物间完成传粉。在环境恶劣的高海拔地区，能够为植物传粉的动物种类和数量都要远远少于内陆。因此，高原植物为博昆虫一顾都使出了浑身解数。

植物可以通过多种方式来吸引昆虫，其中最主要的一种就是增强花的展示度以增加对昆虫的吸引能力。用大而鲜艳、形状特异的花朵“招蜂引蝶”，马先蒿当属个中翘楚。杨永平说，列当科的马先蒿有600至800个种，许多特有种分布在青藏高原地区。马先蒿最大特点之一是其花冠形态多样，几乎每个种的花朵都不相同，变化之多让人眼花缭乱。

已有的研究表明，马先蒿缤纷多样的花冠类型是与其传粉机制相适应而长期演化的结果。颜色鲜艳、形状各异的花朵，可以增强其对传粉蜂虫的吸引力。

而塔黄则开辟了与昆虫“你为我传粉，我替你养娃”的合作模式。常见于海拔4000—6000米区域的蓼科大黄属植物塔黄，在经过5—7年的风雪考验后，性成熟的塔黄便会长出高达1.5—2米的花序，由下向上逐渐变细;花序外面一层一层包裹着大型半透明的奶黄色苞片。

在一片片低调的苞叶下，藏着一串串等待发育的花序。层层叠叠的苞叶，为花朵和各种各样的昆虫搭起天然的暖房。花序由下而上次第绽开，昆虫在花序上爬来爬去，就会把别处带来的花粉不经意间抹到塔黄雌蕊的柱头上，于是在不经意间就帮助塔黄完成了授粉。

为了将来能继续与这些昆虫保持合作，塔黄还不惜贡献出自己大约三分之一的种子给这些昆虫的幼虫作为食物。

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