高溫下植物如何“防暑降溫”
酷暑天,當(dāng)你用手去摸植物葉片,會發(fā)現(xiàn)有的葉子涼涼的,好像隨身背著“冰箱”;有的葉子卻很燙,好像剛從烤箱里拿出來一樣。
怎么回事?難道相同的溫度下葉片溫度竟然不同?
你知道嗎?其實,相同條件下葉片溫度相差是很大的。那么,是什么原因造成了葉片溫度的不同呢?要弄清楚這個問題,我們先來認識一個概念—蒸騰。
蒸騰是植物特有的生理過程,具有高效的降溫效果,每一個單位的蒸騰可以降低0.61~2.12攝氏度的溫度,而植物的蒸騰速率差異很大,從幾個單位到十幾個單位不等。因此,蒸騰速率的不同會造成植物葉片溫度的差異。高蒸騰往往與高光合相伴發(fā)生,而且往往是在正午之前氣溫很高的時候,這時,蒸騰速率增加可以減緩葉片溫度升高的速度,為光合作用提供適合的微環(huán)境。
除了蒸騰效果影響了葉片溫度,葉片的物理性狀也會對其溫度造成影響。比如葉片的大小和形狀不同,也會呈現(xiàn)出不一樣的葉片溫度。葉片面積越小、裂葉(葉片邊緣的裂片)越深,越容易散熱。
葉片顏色不同,散熱效果也不同。在相同輻射下,深色的葉片溫度更高,淺色的葉片溫度更低。
很多沙漠植物的表面會有一層白色的絨毛,這層絨毛可以在白天反射更多的太陽輻射,減少到達葉片的輻射,在夜晚又可以起到保溫作用,避免沙漠中巨大的溫差給葉片帶來傷害。
另外,葉片的厚度、含水量會影響葉片的比熱和導(dǎo)熱速率,一般來說,葉片越厚,含水量越高,葉片升溫越慢。還有的葉片更加神奇,它們可以通過運動來減少太陽輻射的傷害。例如:大部分羊蹄甲植物,在炎熱的時候會把葉子閉合起來,并平行于太陽輻射,減小受光面。
可見,葉片可以通過兩個方法—蒸騰和改變物理性狀來調(diào)節(jié)表面溫度,這樣不僅保護了葉片也保護了光合系統(tǒng)。如果植物使出渾身解數(shù)也不能降低葉片溫度,就只好在炎熱干旱的時候舍棄掉葉子,等到環(huán)境適宜的時候再發(fā)新葉。
要在不同環(huán)境下生存,就要有不同的對策。水分充足的時候,葉片可以利用蒸騰散熱;水分受限的時候,葉片面積變小,增加對流換熱,并且發(fā)育更多的白毛或者蠟質(zhì)反射太陽輻射。散熱不行還可以提高耐熱性,實在忍不住了那就躲吧,沒有葉子就傷害不到葉子了,所以有的植物選擇干季落葉。
總之,散熱、耐熱和避熱都是植物應(yīng)對高溫的策略,是植物在不同的環(huán)境下選擇的不同策略。
為了適應(yīng)環(huán)境的變化,葉子也會發(fā)生改變。例如,仙人掌本來是生長在沙漠地區(qū)的一種植物,原來也有葉子,但是由于環(huán)境的變化,仙人掌為了適應(yīng)沙漠地區(qū)的干旱,減少蒸發(fā)量,便進化成沒有葉子的植物,原來葉子的形狀也變成了針狀。