各位小朋友的家长们请注意了:
关于“骆驼的驼峰里,既不是食物也不是水,而是脂肪”这个知识点,你们掌握得很好,不会给孩子讲错了。
但是,关于“多肉植物为什么多肉?”这个问题,你们还是会想当然,误导孩子的!
请注意,仙人掌、景天、生石花……各种各样的多肉植物,那些肥厚的肉肉固然可以存水,但主要的不是为了存水,而是为了存储二氧化碳!
是呀,想想也知道,如果只是用来存水,那存在地下的根茎里多好,何必存到地上的茎叶里,既容易蒸发, 又招惹馋嘴的动物?
那么,这些多肉植物,是怎样存储二氧化碳的呢?
这些植物,都是“景天酸代谢”植物,它们的共同特点是:叶片上的气孔,只在夜间打开,所以只能在夜间吸收空气中的二氧化碳。这些二氧化碳会转变成“苹果酸”或者“天门冬氨酸”,存储在细胞内的液泡(vacuole)里,到了白天,才重新转变成二氧化碳,送到叶绿体(chloroplast)里,用来光合作用。
*图5是一幅植物细胞解剖图,你可以对应一下。
由于一晚上要存够一白天的二氧化碳,所以这些植物的液泡就得特别巨大,把整个细胞都撑大了,这才让它们的叶或茎长成了肥厚的多肉组织——是的,景天酸代谢的植物,用来光合作用的器官,无论是茎还是叶,都很肥厚,否则就会退化掉,比如仙人掌的叶。
至于为什么要这样进化,那也是很容易解释的:这些植物全都生活在炎热干旱的地方,如果白天打开气孔,那么固然可以吸收二氧化碳,但也会流失大量的水分。所以它们错开了吸收二氧化碳(暗反应)和利用光能制造有机物(光反应)的时间,完美解决了这个问题。
除了水以外,“光呼吸”也是这种进化的关键动力。
因为白昼的高温和过强的光照会诱发植物的“光呼吸”,既消耗能量,又浪费有机物,这是水稻之类粮食作物盛夏减产的主要原因,也是气候变暖让许多植物生长停滞的主要原因。而景天酸循环的植物没有这个难题,因为它们整晚都在浓缩二氧化碳,所以到了白天,它们就能给叶绿体供应高浓度的二氧化碳,完美压制光呼吸。这就是为什么沙漠里的多肉植物可以长得非常巨大。
常见的景天酸植物包括景天科(图1)、仙人掌科(图2)、大戟科(图3)、天门冬科的龙舌兰亚科(图4)、番杏科(图6、图7)、阿福花科的芦荟属(图8),某些附生的凤梨(图9)和兰花虽然长在雨林里,但长在半空中,也进化出了景天酸代谢。
*当然,也有非景天酸代谢的多肉植物,但你稍稍观察就会发现,它们那个肥厚的组织并不用来光合作用,没有绿色,叶片仍是薄薄的。
