葉片為何不“撞衫”

佚名

荷葉是圓的，韭菜葉是長的，楓葉一副巴掌樣……不同植物的葉片形狀不一樣，即便同一棵樹上的葉片形狀也會(huì)多少有些不同—構(gòu)樹上的葉片，有些是卵形，有些則形如鋼鍤。世界上究竟有沒有兩片完全相同的葉子？它們的功能既然都是光合作用，為什么要“設(shè)計(jì)”出多樣的形態(tài)？

植物身上隱藏著很多秘密，研究它們一點(diǎn)也不比研究動(dòng)物省心。它們多樣的形狀，一直是研究者很感興趣的問題。近期，人們對(duì)葉片形狀之謎的突破來自日本：2011年，京都大學(xué)植物分子生物學(xué)專家小山知嗣率領(lǐng)的研究小組，找到了與葉片邊緣形態(tài)有關(guān)的一組基因。這是一組被稱為TCP基因的特殊基因群，這組基因的活躍程度，決定了葉片邊緣鋸齒的深淺—牛菜的葉片邊緣相對(duì)平滑，而玫瑰的葉片邊緣卻有很多小鋸齒，這樣的區(qū)別就是這組基因在起作用。不過植物葉片形狀的“大方向”由它們的生存環(huán)境決定。

作為地球生命世界的發(fā)動(dòng)機(jī)，植物葉片的主要職能就是收集太陽光線。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，也為了節(jié)省能量，從而達(dá)到最佳效果，薄片形狀就成了所有葉子的基本設(shè)計(jì)。如果植物只是在“衣食無憂、旱澇不侵”的理想環(huán)境中生長的話，葉片滿足于保持薄片型、努力收集光線也就夠了，不會(huì)有如此豐富的多樣性。但現(xiàn)實(shí)是，植物的日子也不怎么好過—它們把葉片“裁剪”成不同的形狀，是因?yàn)樯娴男枰?/p>

流行哪一款，環(huán)境說了算

水分是一切生物生存的根本，植物葉片的“設(shè)計(jì)”很大程度上是為了適應(yīng)生活環(huán)境中的水分狀況。

在干旱炎熱的地區(qū)，植物都擁有極強(qiáng)的儲(chǔ)水能力，這些植物的葉片普遍都變得很厚實(shí)，在形狀上更接近于棒狀，或者密實(shí)得像橡膠片一樣。這類葉片的內(nèi)部具有發(fā)達(dá)的海綿組織，用以囤積大量水分。除了這些儲(chǔ)存水分的厚葉片，還有以松樹為代表的針狀葉、以柏樹為代表的鱗狀葉，這些葉片丟失水分的比率很低（蒸發(fā)量很小）。對(duì)比一下走進(jìn)松樹林和楊樹林的感覺，你肯定會(huì)覺得到楊樹林更涼爽一些，因?yàn)闂顦鋾?huì)讓更多的水分變成水蒸氣，同時(shí)也就帶走了更多的熱量。當(dāng)然，相對(duì)松樹來說，種植楊樹也就更費(fèi)水，楊樹會(huì)大量抽離土壤中的水分。

水分少難辦，水分多了更難辦。對(duì)于那些生活在潮濕地區(qū)的樹木來說，它們需要盡量保持葉片的干爽，如果葉片長時(shí)間處于濕潤狀態(tài)的話，就很容易被真菌感染。于是，在這些地區(qū)分布的植物，多半配備修長的尖端—葉尖。葉尖的功能就是讓水分盡可能地聚集于此，并滴落到地面上。仔細(xì)觀察一下菩提樹吧，它細(xì)長的葉尖在大雨中能迅速排水。那些生活在水中的植物（比如蓮和睡蓮），具有發(fā)達(dá)的通氣組織，同時(shí)它們的葉片表面有納米級(jí)的絨毛，可以很容易地排干水分—這些葉片會(huì)用有限的材料“做出”盡可能大的葉子，于是，圓形的葉片成了最佳的選擇。

除了與水分的斗爭，葉片還要應(yīng)對(duì)溫度的壓力，特別是來自低溫的壓力。相對(duì)于干旱和水分來說，溫度對(duì)葉片的影響會(huì)小一些，但是，在寒冷地方生活的植物葉片更小，表皮層也更為發(fā)達(dá)，這樣有利于它們保持適當(dāng)?shù)臏囟取?/p>

植物葉片的形態(tài)（注意，是形態(tài)，不是形狀）確實(shí)會(huì)受到環(huán)境的實(shí)時(shí)影響。比如說，在低光照條件下，桃樹的葉片會(huì)變得更薄、更寬大，同時(shí)還伴隨著葉綠素a和葉綠素b配比的變化，以此來彌補(bǔ)光能密度不足帶來的損失。當(dāng)然了，葉片的形狀還是桃樹葉片的模樣。

特殊用途，特殊形狀

還有一些葉片具有特殊的用途。我們熟知的捕蠅草和豬籠草的葉片會(huì)變成“夾子”和“瓶狀陷阱”，用來捕捉昆蟲，補(bǔ)充營養(yǎng)。眼樹蓮屬的植物就更為高明了，它們的一些葉片變成了盒子狀的“小花盆”。在這些特殊的葉片中，可以儲(chǔ)藏水分，甚至有的品種還有共生螞蟻搬來土壤填入“花盆”，眼樹蓮的附加根就扎入這些“花盆”里。一個(gè)個(gè)葉片成了真正的儲(chǔ)藏室，不僅可以額外得到螞蟻搬運(yùn)來的泥土中的營養(yǎng)，還可以靠儲(chǔ)藏的水分度過干旱季節(jié)。

同木不同葉的情況也時(shí)有發(fā)生，這多半也是因?yàn)橛錾狭颂厥馇闆r而發(fā)展出來的特別能力。比如，我們常見的圓柏，它們植株基部的葉片是刺狀的，而植株上部的葉片則是鱗狀的。這樣的差別被認(rèn)為是與食草動(dòng)物競爭的結(jié)果—誰愿意去啃帶刺的葉子呢？胡楊的兩形葉則被認(rèn)為與抵御干旱有關(guān)。幼年的胡楊樹和成年胡楊樹下部的萌生條上，會(huì)呈線狀長出披針形、狹披針形葉片，形似柳葉；而成年胡楊上部的葉片則更像楊樹葉，呈卵狀菱形、卵圓形或腎形等。有研究顯示，寬卵形葉的結(jié)構(gòu)比披針形葉更適應(yīng)干旱環(huán)境，具有更強(qiáng)的抵抗逆境的能力和滲透調(diào)節(jié)能力，有較高的凈光合速率和水分利用效率，更有利于胡楊在鹽堿化荒漠中生存。

實(shí)際上，經(jīng)過億萬年的自然選擇過程，每種葉片都具有適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的特殊結(jié)構(gòu)。目前，我們只能從了解它們的具體功能入手，研究功能與基因，為改造人工作物和“制造”適于太空生長的植物打基礎(chǔ)。