当你沉浸于锦屏藤“一帘幽梦”的美好景象时,当你被古灵精怪的空气凤梨所吸引时,当你惊叹于榕树独木成林的强大本领时,是否还发现了它们有一个共同的特点:长长的根都暴露在空气中。这些美丽而强大的自然奇观是怎么形成的?它们又有什么作用呢?今天就跟大家聊一聊造成这些自然现象的幕后大佬——气生根。
气生根是植物在漫长的生存过程中,为适应湿热环境而形成的、行使特殊功能的器官。它是从植物地面上的茎或枝上发出来,暴露在空气中的变态根。气生根常见于兰科、桑科、天南星科、百合科、石蒜科的一些植物中,开篇中锦屏藤漂亮的红色根便是气生根的一种。
众所周知,植物的根一般都是生长在地面以下的,称为“地生根”,起着固定、吸收、输送和储藏营养物质的作用。但是有些植物的根由于环境等原因会产生一些特殊功能,同时形态结构上发生变异,这种现象称为根的变态。“气生根”就是一种生长在空气里的变态根。
植物的地生根和气生根在一定的条件下可以互相转化。例如,当榕树的气生根扎入地下以后,就会变得和地生根完全相同,可以从地下吸取水分,对榕树地上部分起支撑作用;而其地生根长久暴露在空气中,特性也会和气生根完全相同。
气生根从生出到老化的过程中,外观也是不断变化的。以小叶榕为例,在下雨或潮湿天气会长出气生根,其尖端开始0-4cm处、呈白色或淡黄色的为新生部分,俗称嫩根;太阳照射、空气干燥和自身老化会使得气生根慢慢地成熟,外观变为黄色,此时称为成熟态;之后继续老化,当气生根表面变成褐色的、类似树皮的木质层便称为老化态,后两种形态都叫老根。
科学家通过实验得出,不同状态的气生根,吸水方式也有所不同。气生根的老根有两种方式吸收水分:一种是通过吸附作用使湿空气中的水蒸气转变成液态水,输送至根内,叫根被的吸附。另一种是通过微孔直接吸收凝结在空气灰粒上的水分,或储存并吸收下雨天时落在根表面的水分,将其输送至根内,叫做根被的吸收。
气生根的出现与生长环境密切相关。当环境温度高,植物的蒸腾作用大,仅仅依靠地生根不足以维持植物自身利用,植物就可以利用地上部分的茎叶或气生根吸收水分。例如榕树为了适应南方雨量多、高温高湿的环境,树干上长出许多条像绳子一样的气生根,起到辅助呼吸的作用。
植物激素在气生根的形成过程中扮演着复杂而重要的角色,既可以通过影响细胞的分裂和生长直接调控气生根的发育,又可以通过与其它分子互作来间接调控气生根的发育。研究发现,提高外源或者内源的生长素浓度均能够使植物生长出更多的气生根。
除了外界因素之外,气生根的形成也受基因控制。科学家通过对玉米气生根发育过程的研究,发现生长素相关基因占据重要的比例。例如最先发现的突变体rt1是影响气生根发育的关键基因,具有这种突变体的植株地下根数量基本没有变化,而气生根全部缺失。
根据气生根的形态和作用不同,可以将其分为以下几类:支持根、攀援根、呼吸根、板根、附生根。支持根一些属于浅根系而植株又较高大的草本植物,如玉米、高粱等,在拔节后抽穗前,近地面的几个节上可环生几层气生的不定根,做向地性生长。
2018年,科学家发现一种生长于墨西哥Sierra Mixe的当地玉米品种,拥有数量众多且分泌大量粘液的气生根,粘液具有低氧和富含糖的特性,并且富集了大量固氮菌,表现出很强的固氮活性。总之,植物气生根不仅为植物本身提供了生存的可能,它在植物发育生物学中也是一个重要的研究课题。