植物对不同栖息地的适应，复习笔记

概览

植物为在其所处的特定栖息地（无论持续潮湿、非常干旱，或普通湿润环境）中生存而适应。本章按栖息地把植物分为三类，水中的水生植物、干旱环境的旱生植物，以及正常环境的中生植物，并要求你把每个指定的结构特征与它所解决的确切生存问题联系起来。

仅仅说出特征而不解释它所应对的问题，在考试中只能得到部分分数。

旱生植物持续面临通过蒸腾作用流失过多水分的风险，因此其特征都围绕减少水分流失与储存可得的水分而建立。厚而蜡质的角质层、能困住湿润空气层的下陷气孔、退化为刺的叶，以及储水的肉质组织是典型例子，每一项都应从其所解决的具体问题，通常是蒸腾过度，的角度来解释。

水生植物面临相反的处境：它们生活在水中或水面，没有干枯的风险，因此其特征解决的是不同的问题，例如保持漂浮和让沉水组织获得足够的氧气。茎与叶中的大气室提供浮力并储存气体，角质层薄且气孔多并非缺点，因为水分从不匮乏，而薄弱的支持组织已经足够，因为周围的水能撑住植物。

中生植物生长在拥有稳定水分供应的普通湿润土壤中，展现的是均衡的特征组合而非极端适应，通常被用作比较水生植物与旱生植物的基准。贯穿全章，真正能得分的技能是比较同一个指定特征在两种不同栖息地类型中的表现，并从水分平衡或气体交换的角度解释为何每种解决方案都适合各自的环境。

22.1 三个栖息地类群：旱生植物、水生植物与中生植物

植物的结构特征直接源于其所生长栖息地带来的特定生存问题，因此本章按三个栖息地类群而非三份互不相关的特征清单来组织：旱生植物适应干旱栖息地，持续面临通过蒸腾作用流失过多水分的风险；水生植物适应生活在水中或水面，没有这种风险，却须解决保持漂浮与为沉水组织供氧这两个不同的问题；中生植物适应拥有适中且稳定水分供应的普通栖息地，展现介于这两个极端之间的均衡特征组合，并被用作比较的参照点。

本章中每一个指定特征只是有效考试答案的一半；另一半是它所解决的具体生存问题。仅说出旱生植物具有下陷气孔，而不说明它能困住湿润空气层以减慢蒸腾作用，只能得到一半分数，因此从第一部分开始就应养成把特征与问题配对的习惯。

干旱、潮湿与普通这三种栖息地各自设下植物特征必须通过的不同考验才能存活，在一种环境中不可或缺的特征，在另一种环境中可能完全不需要，甚至成为负担：让旱生植物得以存活的厚而蜡质的角质层，对于四面被水包围的水生植物而言只会徒增成本而无任何益处。

22.1 旱生植物的适应：减少水分流失

旱生植物对抗水分流失的特征通过几种不同的机制发挥作用，归纳如下。

部分旱生植物还会在一天中的某段时间关闭气孔，最常见于正午前后最炎热干燥的时段，并在周围空气较凉爽湿润时，例如清晨或傍晚，重新打开气孔；由于水分流失在很大程度上取决于周围空气的干燥程度，这样安排气体交换的时机，能避免在水分流失最快的时段进行蒸腾。

22.1 旱生植物的适应：储存与获取水分

某些旱生植物，如仙人掌，把水分储存在茎或叶的肉质组织中；具大液泡的薄壁细胞储存在罕见降雨期间吸收的水分，并在降雨事件之间逐渐使用。

旱生植物的根系表现为两种相反但同样有效的策略之一：浅而广布的根系，能在雨水蒸发或渗漏之前迅速吸收地表雨水；或是一条很长的主根，深入土壤以到达地表深处的永久地下水位。两者虽然看似相反，却都被视为在干旱栖息地获取水分的适应，因为各自以最适合其特定干旱栖息地的方式解决同一个根本问题。

这种储水组织通常受到与对抗水分流失相同的厚角质层与减小表面积所保护，因此单一肉质茎，如桶状仙人掌的茎，能同时兼顾两种作用：既把流失减到最低，又把内部储量提到最高；在某些物种中，这种组织占据茎体积的大部分，使植物能靠逐渐动用这一内部储备，在数月无雨的情况下存活。

22.1 水生植物的适应：保持漂浮与气体交换

水生植物的特征所要解决的问题与旱生植物截然不同，因为水分从不匮乏。

22.1 中生植物与两个极端的比较

中生植物生长在水分供应正常、适中的栖息地，例如朱槿、芒果树等大多数园圃与农田物种，并在比较其他两组更极端的适应时被用作参照点。

22.1 应用这一分类：根据特征辨识植物

把这一分类应用于陌生植物是一项重要技能：给定一株未知植物的特征描述，例如下陷气孔、厚角质层与小叶，学生须能辨识它为旱生植物并说明其根本问题，也须能从指定栖息地反向推断出其预期特征。

若缺乏适当适应的植物被引入错误的栖息地，其后果十分明显：中生植物置于沙漠中会因流失水分快于根部补充而枯萎；旱生植物种在长期积水的土壤中，无法从为缺水而设的特征中获益，反而可能因根部气体交换不良而受害，这说明适应是针对特定栖息地的，而非全面地更好或更差。

例如，若一株植物被描述为具有细分成丝状的沉水叶与支持力弱、柔软的茎，应把它辨识为适应于降低水流阻力并高效交换气体的水生植物，而不应仅仅认为它软弱或发育不良；反过来，仅凭‘水生植物’这一栖息地名称，学生也应能推断出大气室与薄角质层等特征，而无须题目重新说明。

须掌握的关键概念

• 适应, 适应是帮助生物在其特定栖息地中成功生存与繁殖的结构、生理或行为特征。在本章中，适应几乎总是指植物可见的结构特征，用以解决其栖息地带来的具体问题。例如旱生植物的厚角质层，或水生植物的大气室，各自解决不同的生存问题。
• 旱生植物, 旱生植物是适应干旱栖息地的植物，主要挑战是尽量减少通过蒸腾作用流失的水分。典型特征包括厚而蜡质的角质层、下陷气孔、退化为刺或针状的叶、气孔总数较少、叶面多毛，以及储水的肉质茎或叶。
• 水生植物, 水生植物是适应生活在水中或水面的植物，干枯不是风险，但保持漂浮和获取氧气可能成为问题。典型特征包括用于浮力与储气的大型内部气室、薄角质层、漂浮叶上表面的气孔，以及退化的支持组织。
• 中生植物, 中生植物生长在水分供应正常、适中的栖息地，展现的是均衡的特征组合，而非旱生植物或水生植物所见的极端适应。它常被用作比较其他两组更极端适应的参照点。大多数常见的开花植物，如朱槿或芒果树，都属于中生植物这一类。
• 栖息地中结构与功能相配, 本章中每一项适应都解决某个特定的栖息地问题：下陷气孔困住湿润空气层，减慢干旱栖息地的蒸腾作用；而大气室在水生栖息地提供浮力。得分的关键在于说出问题所在，而不只是说出特征名称。这一原则也适用于本章之外，贯穿课程中几乎所有动植物生理学的课题。
• 减少水分流失, 旱生植物的特征通过减少暴露于空气中的表面积、在气孔附近困住湿润空气，或减少气孔的数量与活动来发挥作用。厚角质层也从物理上阻止水分经叶片或茎表面蒸发。
• 储存水分, 某些旱生植物，如仙人掌，把水分储存在肉质的茎或叶中，以在长期无雨的情况下存活。这些储存的水分在稀少的降雨事件之间逐渐被使用，这正是此类植物能在其他植物无法生存的栖息地中存活的原因。这种储水组织通常位于厚而肉质的茎或叶中，在图中很容易辨认。
• 水生植物的浮力与气体交换, 水生植物依靠茎叶中的大型气室（通气组织）同时实现两个目的：让叶片与花朵保持在水面或水面之上以获取光照并利于传粉，以及为无法直接从水中获取气体的沉水组织储存氧气。
• 适应对生存的重要性, 若没有适当的适应，被引入与原栖息地不同的环境的植物会流失过多水分、无法获得足够的光照或氧气，或无法成功繁殖。适应正是从沙漠到湖泊等各种栖息地能够支持植物生命的根本原因。这也解释了为何在没有任何调适的情况下，把植物移到不适合的栖息地通常会使其枯萎死亡。
• 比较旱生植物与水生植物, 这两个极端类群在几乎每一项特征上都截然相反：旱生植物以下陷气孔与厚角质层将水分流失降到最低，而水生植物没有这种限制，反而最大化气体交换与浮力。这种直接对比是本章最常见的考查方式。

快速回想清单

1. 你能定义并解释适应吗？
2. 你能定义并解释旱生植物吗？
3. 你能定义并解释水生植物吗？
4. 你能定义并解释中生植物吗？
5. 你能定义并解释栖息地中结构与功能相配吗？
6. 你能定义并解释减少水分流失吗？
7. 你能定义并解释储存水分吗？
8. 你能定义并解释水生植物的浮力与气体交换吗？
9. 你能定义并解释适应对生存的重要性吗？
10. 你能定义并解释比较旱生植物与水生植物吗？

常见问题

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来源:SRC-DSKP-EN