植物根系(树木中的科学——从红树林谈起)

Posted 2023-05-30

篇首语：没有一个冬天不可逾越，没有一个春天不会来临。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了植物根系(树木中的科学——从红树林谈起)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

植物根系(树木中的科学——从红树林谈起)

作者：梁前进（北京师范大学生命科学学院教授）

春天，万物生发，又一个植树节如约而至。中国人爱树、爱绿，许多树木与中国人的精神世界紧密联系，如松柏、冬梅，被中国人赋予独有的诗意，成为象征着中华文明的一种图腾。那么，树木总是被动地被人类认知、利用和种植，抑或“无奈”地被破坏的吗？我们不妨把树木看作是一种绝顶聪明的“精灵”，来领略一下它们的生命活力。

新华社发

蜡烛果的“拒盐”奥秘

不久前，我来到珠海讲授生物遗传课，课程间歇到淇澳岛-担杆岛红树林湿地一游。

“红树林”这一名字据说出自古代马来人。据传马来人砍伐这种树木时，发现木材的断口甚至把刀、锯口都染成了红色，因此获得了纯天然的染料——从树皮中提取的颜料。“红树”的名称也就因此诞生了，名称中包括“红树”和“树丛”的含义。

如今，人们对红树最深的印象，是其不畏盐碱沼泽环境的坚韧。

我们知道，土壤中过多的盐碱离子（主要是氯离子和钠离子，也就是食盐主要成分氯化钠的两个离子组分）对植物的生长发育有害，土壤盐度在0.5%～1%时，就只有少数耐盐植物才能生存了；盐度超过1%时，仅少数极强耐盐性野生植物才能生存。高浓度的盐分使土壤渗透压增高，植物吸水困难甚至体内水分被迫外渗，造成脱水；土壤中可溶性盐类的大量积累引起离子间的竞争性吸收效应，使植物体内离子失衡，产生光合作用受扰、呼吸作用受抑，以及蛋白质合成率下降、分解加快等。

在植物的叶子、茎等器官的表皮上存在许多特有的凸透镜状微小开孔，叫气孔，由两个肾形的被称为“保卫细胞”的细胞围成。气孔在植物利用光合作用的光反应中形成的同化力将二氧化碳转化为碳水化合物以及呼吸、蒸腾作用（植物体内水分以气体形式散发到大气中）等气体的进出通路，保卫细胞承担了气孔的开闭调节作用。过量盐分会阻止保卫细胞内淀粉的形成，影响气孔关闭，使植物体急速失水乃至枯萎。当土壤钠离子太多时，植物的细胞膜就会被破坏，大量的酶（活细胞分泌的具有催化能力的蛋白质）失去活性，植物代谢失常，根部严重损伤。

然而，即使在这样的环境中，红树能够“聪明”地生存下来。

在淇澳-担杆岛自然保护区，生长着一种紫金牛科木本植物——蜡烛果,又名桐花树，喜欢海边潮水涨落的污泥滩涂环境的红树林组成树种，除可防风、防浪外，长出的木材也是很好的薪炭柴；树皮中含有鞣质，是栲胶的原料。

与大多数红树植物一样，蜡烛果的根系具有超级的“拒盐”本领，长期的海洋环境适应性演化使其发展出极具特色的“半透膜”构造，不仅可以将海水之中的盐质拒于体外，而且有能力从高盐海水中汲取生命活动所需要的淡水。俗话说“常在河边走，哪能不湿鞋！”原来蜡烛果等红树类植物的根系也难以完全阻止盐分入体，而其解决问题的方式是分泌盐分。分泌结构是植物（体表或体内）的一些特殊细胞或细胞群，可产生一些次生代谢物质并分泌出去。这些次生代谢物包括挥发油、生物碱、有机酸、树脂、杀菌素和蜜汁等，蜡烛果等树木就具有分泌无机盐的结构——盐腺。

淇澳-担杆岛红树林保护区的木质步道很适合考察自然，不一会儿即可见到有同样泌盐功能的红树种——爵床科的老鼠筋。晴朗的天气里，老鼠筋的叶片分泌出的大量盐分，形成了一粒粒晶体，晶莹透亮！

红树植物之“红”不在于树叶，而在于树干、枝杈，其断裂面露出的单宁物质非常容易氧化，从而呈现红色，这就是其名称的由来。海边成片的红树林形成碧海绿洲，对调节热带气候、防止海岸侵蚀等起了至关重要的作用。红树这样的环境卫士，必有高超的生存之道——其拒盐、泌盐的功能就是一种“妙招”。

独特的根，让红树在逆境中生长

说了红树显眼的地上部分，我们再来谈谈其立足部位——树根。

唐代李颀有“古藤池水盘树根，左攫右拏龙虎蹲”的诗句，曹松写过“古甲磨云拆，孤根捉地坚”，清代郑燮更有“咬定青山不放松，立根原在破岩中。千磨万击还坚劲，任尔东西南北风”。树根是本源、是立足点，是生命之基石。我们不妨选几种根型，体会一下恶劣环境下树木的生存战术。

支柱根——木榄的“抬轿众生”。树木生于浅海盐滩，胎生，喜欢略微干旱、空气流通好并伸入内陆的盐滩地，树皮含单宁量可达20%；其标志性栖息环境是秋茄树的灌丛。作为我国的红树林优势物种，木榄材质坚硬、色红，在沿海林带种植，可形成自然稳定的生态景观。为什么它能在盐碱滩涂之地占据一席之地，与其独特的根系密不可分，这就是支柱根。当人的腿脚不能支撑身体时，可借助拐杖甚至手臂辅助用力；当植物的根系不堪承受地上部分时，常长出许多能发挥支持作用的不定根，以一定的角度与主根形成合力。这样的不定根就是支柱根。支柱根接近地面从节上长出，延长后以根的先端伸入土中，然后产生更多的侧根，成为强化植株支撑力量的辅助根系。支柱根在玉米中可明显看到，更可形成热带榕树的独木成林现象，非常壮观。

板状根和膝状根——银叶树的负重卫士。热带海岸红树林的树种之一、梧桐科常绿乔木银叶树，具有抗风、耐涝、耐盐碱的性能；木材坚硬，是制家具和建筑、造船的好材料；树皮熬汁可治血尿症、腹泻和赤痢等。树型优美的银叶树，具深绿色叶面、银白色叶背，更有夏季开出的红花，是热带、亚热带滨海的良好景观树种。银叶树的支柱根是板状不定根，由侧根外向性异常次生生长形成；常辐射状生出，多为3~5条，并且最为负重的一侧最发达，真可谓越压越强。板状根是支撑树木、特别是高大乔木的“负重卫士”。

红树类植物要在恶劣环境中博得生存机会，必须身怀绝技，而且要“多才多艺”。银叶树和木榄都发出了这样的挑战——根条先扬后抑，向上伸出地面后转而重新入泥，甚至反复多次，于是一个个经折弯形成的树根片段，像行单膝跪地礼的勇士，隐约可以想象出巨大躯干顶端仰视天空的脸。这样的根就叫膝状根（膝根）。

笋状根——无瓣海桑的呼吸器官。用根呼吸？没有弄错吧？还真没有！红树、水龙和落羽松等植物生长在沼泽或海岸低凹地，它们的一部分根向上生长并露出地面，成为呼吸根。我所漫步的淇澳岛、担杆岛上有一种海桑科植物无瓣海桑，就展现了壮观的呼吸根。呼吸根就像体外的“肺”，其外有“鼻孔”（呼吸孔），内部拥有相当发达的通气结构。在土壤缺气的不良条件下，呼吸根作为通气、贮气和换气器官，是维持植物正常生活的奇妙武器。

仅就根来讲，植物应对多样化环境的策略和结构就不胜枚举。除了上述提到的几种情形外，常春藤、凌霄等植物细长柔软、顶端扁平而形成吸盘的攀援根，兰科、天南星科植物由多层厚壁死细胞组成的、从木本植物树皮缝隙内吸收水分的附生根，等等，都彰显了灵活多变、顽强不屈的竞争生存本领！还别说茎、叶、花、果等其他方面与环境协同演化的情景。暖心地说：不容易啊，我的树！我们怎能忍心破坏或干扰每一种、每一棵树木的生存繁殖机会！

保护树木，就是保护我们生存的家园

之前谈了树木的一些奥秘，或许有人会问：知道这些有什么用？这个问题，很难用一句两句话来回答。简单地说，研究树木的奥秘，不仅仅是出于我们的好奇心，我们也从树木的生存之道中受到了很多科学启发——比如在盐碱土地的治理中，就有很多技术借鉴了红树林抗盐碱的方法。而更重要的是，只有更好地了解树木，才能让我们更好地保护树木——作为生态系统中最重要的成分之一，树木与其他生物形成的和谐共同体是地球成为宜居星球的最大奥秘，更值得关注与研究。

从双肩背包中取出面包和矿泉水，我坐到一块大石头上享用“野餐”，石头上的一块块“彩绘”吸引了我。这样的生命类型存在于一些大树和岩石上，叫作地衣。地衣是真菌和藻类生物的结合体，其中大量真菌形成了许多小空间为藻类植物提供了生息场所。藻类也投桃报李，通过光合作用制造营养并与真菌同享，过着互利互惠的生活。命运共同体的强大力量使之能够繁衍于荒凉、恶劣的环境中，而其背后不仅有岩石作为靠山，也有树干、树枝敞开的胸怀！

19世纪英国曼彻斯特郊外的森林里，高大的桦木树上栖息着灰色的地衣，颜色相似的桦尺蛾在此停息，很难被鸟类发现，于是格外繁盛。然而，工业化的副作用使烟尘污染、破坏了地衣层，黑色的树干更多暴露，浅色桦尺蛾因体色与之形成耀眼的对比，被鸟类天敌发现当作“饕餮大餐”，使原本罕见的黑色类型形成了优势群体。这就是“工业黑化”——达尔文用于解释自然选择学说的最重要案例之一。如今，这样的植物环境污染及相应的生物类群演变不仅成为植物学、生态学，也成为环境科学研究的一个重要领域，是环境生态指标考量中的重要一环。

不仅如此，树木作为地球生物圈中的重要生物，是动物赖以生存的基础。例如，无刺蜂。这是一种不蜇人的蜜蜂，它在自然界获得富含蔗糖的花蜜可产生海藻酮糖含量丰富、有益健康的蜂蜜。海藻酮糖替代蔗糖，可作为高价值的天然甜味剂，食之则致龋齿率低，可增强身体抗氧化功能，而其小肠水解吸收率则仅有蔗糖的1/3，故血糖指数较低，是良好的保健品。

研究发现，在自然界，无刺蜂属于群体生活类型，繁忙地进行泌蜡、筑巢和采集、储存蜂蜜和花粉。除了墙缝、岩隙等就地搭窝的生活方式外，营建巢穴于树洞之中，是其在大自然丛林舞台中“跳舞”的坚实基础。

树，不仅可以为人类遮风挡雨，其作为其他生物的生存依靠，又有无限的可能！

造访红树林，以树为核心的自然景观令人心旷神怡。不仅红树有绵延可颂的历史，任何树木都可能蕴含无穷的意义——树木可以改善环境，大树可以作为航标，可以调节气候……如果没有草木、树林，动物不可能生存，人类也无法存续。

树木资源中，蕴藏着巨大的健康和经济价值

一谈到树木的经济作用，很容易使人想到做家具。其实，植物的成分和提取物中蕴藏着巨大的健康和经济机制。

中华民族的繁衍生息，离不开树木和其他植物作为健康保镖，因为中医的药用资源主要是植物。我们前面提到的老鼠筋就是一种“宝贝”，根或全株均可入药，味淡，性寒，药理活性相当广泛，具有抗癌、抵抗肝炎等作用。研究表明，老鼠筋中生物碱成分结构新、种类多，是难得的药物化学资源库。我国研究人员赵丹等利用色谱分离和波谱分析技术从老鼠筋中分离出了11种化合物，其中包含了4种首次从该植物中分离的成分。

还有单宁物质，也有道不完的珍奇。存在于多种植物中的单宁是多元酚类混合物，在豆科、杨柳科、蓼科、蔷薇科、壳斗科、和茜草科和桃金娘科植物中含量较多。“单宁”常用来指鞣酸（单宁酸），具收敛、止泻和止汗的作用。在川、滇等地较多分布，在全国大部分地区生长的漆树科落叶小乔木或灌木树种盐肤木（也就是五倍子树），幼芽或叶柄上长着一些称为“五倍子”的瘤子（实为遭受五倍子蚜的刺伤而生成的囊状虫瘿），其中就含有大量鞣酸。鞣酸的大批量应用是作为鞣革与制造蓝墨水的材料。蛋白质在鞣酸的作用下发生凝集，人们据此原理把牛、猪等的生皮在鞣酸的作用下进行化学处理（皮革鞣制），将其可溶性蛋白凝固。作为动物身上的结构组分，生皮放置数日就会腐烂、发臭，经这样的处理则可打造成洁净、柔韧和经久耐用的皮制品革。

说起鞣酸，又令人想起柿子。柿树属于是柿科落叶大乔木，其球形或扁球形的果实常令人禁不住垂涎。但是，吃柿子也需要讲究。新鲜的柿子需脱涩食用，涩味的物质基础便是鞣酸。柿子被食用时细胞被嚼破，流出的鞣酸就会与口腔中的唾液蛋白结合，并刺激口腔黏膜，产生涩觉及收敛性麻涩感。较多的鞣酸和果胶会在人体内的胃酸作用下形成大大小小硬块，很可能在通过幽门到达小肠的途中滞留，在胃中会形成胃柿石，胃柿石达到一定大小无法自然排出，会造成消化道梗阻。市售的柿子常是预先用石灰水泡过或在皮上抹了层石灰的，这又有鞣酸出场——鞣酸遇石灰发生凝固反应，不再溶于水，也就不刺激舌头，柿子因此可去除涩味。另一种对付涩味的战术是加热令鞣酸凝固，因此有些人喜欢将柿子在热水中泡一泡再吃，既去了涩，又除了菌。

如果再多说两句，鞣质这种树中之物还有点“怪脾气”——由于鞣酸分子中含许多酚羟基，对光敏感且极易氧化，因而柿子（还有梨等）的皮上常出现黑色斑点，其性质是黑色的氧化物。另一方面，从柿子提取的柿涩（又名柿油），可用于涂护鱼网和雨具，也可以用来填补船缝，用作建筑材料的防腐剂等。看来，我们有必要仔细、深入探究树木的代谢物——不仅为了开发利用之，也为了避免其造下各种“罪孽”。

单论盐肤木或柿树中提取物就有这么多故事，更别说整个植株的全身了。

盐肤木味道酸而咸，性寒，可用于清热解毒，散瘀止血。肤木根可治劳倦乏力、腰膝酸痛、风湿骨痛和跌打损伤，还可治腹泻、妇女白带和疟疾。柿子则能止血润便，缓和痔疾肿痛和降低血压；食用柿饼有助于润脾补胃，润肺止血。含量很大的柿木边材，是制作纺织木梭、线轴、芋子和提琴指板、弦轴等的良好用料，也可以用来打造家具、装饰品、箱盒等，更可作优良的风景树。

毋庸置疑，大量的树木都不是徒有华丽外表的观赏物，而是独一无二的聚宝盒——任何生物物种一旦绝灭，都不可能起死回生，这就是生物进化的不可逆规律。因此，人们对于濒于灭绝的树种格外珍惜。

例如常绿乔木紫杉，又称红豆杉或赤柏松，是世界上濒临灭绝的天然珍稀树种，国家一级保护植物。紫杉碱可引发肠胃炎、呼吸障碍和心脏病，可能突然致死。但同时，紫杉素和紫杉碱又是有名的抗癌物质，对乳腺癌、结肠癌和肺癌等均有明显的抑制作用。研究表明，紫杉提取物还有降低高血糖者的血糖的作用。因集观赏和药用于一身，紫杉被誉为“生物黄金”。

回到眼前——淇澳岛湿地上一种颇具浪漫情调的常绿或半落叶乔木、锦葵科的桐锦吸引着人们眼球。这种半红树植物有着卵心形叶子，花期几达全年——起初为黄色，花谢时却转变为紫红色，梦幻般变化中酿酒了全身宝贝——采撷叶片，便可用于消炎止肿；取果实黏液，便可医治皮癣；就算剥取适量的树皮一用，便可止住痢疾。

植物成分或其提取物的应用前景无量。除了用于中药产品外，植物提取物很大部分用于保健品、化妆品、食品配料等。例如银杏提取物具有活血、化瘀、通络的功效，还可用于健脑、益智、防治老年痴呆；枳实、苹果和绿茶等的提取物可应用于减肥和降低血糖。根据终产品的需要，经物理化学提取、分离程序，可定向地获取草木中的某些有效成分。20世纪70年代，我国一些中草药工厂开始进行活性成分的机械提取；20世纪90年代，在国际上兴起了回归自然的风潮，我国的植物提取物行业和相关产品对外贸易也赢来了机遇；21世纪先进的酶法提取、超声提取、膜分离和微波萃取等技术推动我国植物提取物业进入了黄金时期。

中国人民普遍拥有爱林、造林的热情，以保护人类赖以生存的生态环境为己任，森林对于人类的重大益处越来越被人们所认识。如今，义务植树运动蔚然成风，成为一代又一代中国人成长的美好印记。让我们从爱护树木、植树护林做起，加快建设人与自然和谐共生的现代化！

《光明日报》（ 2022年03月10日16版）

来源：光明网-《光明日报》