少年说||欣欣（215）：植物生长习性与自然环境的适应关系
摘要：本文的研究目的是探究植物生长习性与自然环境的适应关系，我们采用的是观察法、文献研究法以及个案研究法。从植物中抽选出仙人掌，通过查找资料、观察研究对象来探究其生长习性与自然环境的适应关系。关键词：习性、自然环境、适应、仙人掌1. 引言初一下学期学校组织学生去植物园博识，在来到温室馆的时候，发现仙人掌生活的环境与形态都与其他的植物等不同，很特别，它的叶子变成了针状，茎肥大，还生活在炎热干燥的沙地里。由此产生了这个问题：为什么仙人掌要生长成这样？这与它的生活环境是否有关？本文要说明的就是植物生长习性与自然环境的适应关系。采用的是观察法——购买小仙人掌，观察其叶肉；文献研究法——搜集仙人掌与其环境的资料；个案研究法——从全体植物中选取仙人掌研究。其理论意义是为植物生长习性与自然环境相适应提供可更多依据；实践意义是有助于我们参考仙人掌的结构进行仿生设计，或解释人们的特殊风俗，例如在“不雨城”利马当地人会用网子从雾中汲水，是仿照了仙人掌针刺绒毛从空中汲水的特性。设计方法合理，证明了植物生长习性与自然环境的适应关系。2. 资料收集查找了仙人掌习性的资料、沙漠环境的资料。首先，了解有关仙人掌的习性。由于植物生长习性主要由其形态结构决定，于是从植物的器官层次进行分析，分别调查有关仙人掌叶子、茎与根系的特点。仙人掌的叶子退化成刺针，茎也不像其他种植物那样细长，发生地上茎变态，变成肉质茎。茎绿色，肥大多浆液，呈球状、块状、多棱柱等多种形状。仙人掌为须根系，通常发展众多的浅根，只扎在地表下一点点，但根系分布极广，能扩展到它周围的几英尺，呈伞状向四周蔓延。其次，搜集到有关仙人掌生长环境的资料。仙人掌主要分布于墨西哥西北部、美国、西印度群岛、百慕大群岛和南美洲北部（图1）。其中，绝大多数地区为干旱或半干旱沙漠。沙漠地面完全被沙所覆盖、植物非常稀少、雨水稀少、空气干燥。沙漠地区的蒸发量很大，远远超过当地的降水量。气候变化大，平均年温差一般超过30摄氏度；日温差变化显著，夏秋午间近地表温度可达60度至80度，夜间却可降至10度以下。
图1 世界陆地自然带分布图3. 基本分析3.1参照植物选取将仙人掌与秋海棠和睡莲进行对比，更加直观地体会到仙人掌形态结构的特殊之处。仙人掌、秋海棠与睡莲均属于原始花被亚纲，三者均多分布于亚热带（仙人掌与秋海棠在热带有分布，睡莲在温带也有分布），但生长环境气候迥异，降水为最明显的区别，粗略地将三种生物生长环境的年降水量视为单一变量，分别探究降水对植物根、茎、叶形态的影响。
其中，仙人掌为本次实验的实验组，代表丛生肉质旱生灌木，秋海棠与睡莲为对照组，分别代表多年生草本与多年生水生草本。以墨西哥西北部作为仙人掌生长环境，提供降水数据，秋海棠选择中国云南，睡莲选择越南胡志明市（图2）
图2 世界年降水量分布图3.2形态结构生活环境的联系表1 仙人掌、秋海棠、睡莲生活环境年降水量与形态特征名称所处地点年降水量/mm根形态特征茎形态特征叶形态特征仙人掌小于200根须状，无明显的主根，侧根伸展很远，分布在土壤的浅层枝宽倒卵形、倒卵状椭圆形或近圆形，绿色至蓝绿色，宽厚肥大，表面角质化呈针状，刺黄色，有淡褐色横纹，坚硬；少数品种有叶，钻形，绿色，早落秋海棠750-2250密集而交织，细长纤维状有近球形根状茎，直径8-20毫米；茎直立，有分枝，高40-60厘米，有纵棱，近无毛无基生叶，茎生叶互生，具长柄；叶片两侧不相等，轮廓宽卵形至卵形睡莲1255左右有短粗根状茎花梗细长叶纸质，心状卵形或卵状椭圆形，长5-12厘米，宽3.5-9厘米3.2.1根形态比较与秋海棠睡莲密集交织的根不同的是，仙人掌根浅但分布广，根系较其它两中植物更加发达、覆盖面积更广。仙人掌发达的根系是它们适应环境的一种体现。仙人掌为须根系，根长短不一，大多向下延展不深，但分布极广。一株高120厘米的巨人柱，根系分布在10厘米深的地表层内，却能够向四周辐射伸出5米多。这有助于它们在下雨时获得更多水分。而且它的根还会向着含水的地方生长，这也有助于吸收更多水分。3.2.2茎形态比较仙人掌的地上茎变态成为肉质茎，肥大多汁，而睡莲秋海棠的地上茎纤细细长直立，有较大区别。帮助仙人掌克服缺水的另一个形态特征是茎肉质化。在减少了水分的蒸发的同时，也要有强大的储水能力。仙人掌的茎是做到了这一点。肥大的肉质茎可以很好的将水储存在其中，以备干旱时期使用。我们用自己买的小仙人掌做了实验，将一块茎掰下来，切开，用手挤压，发现有水从茎中渗出。这验证了肉质茎可以储水的特点。在相关记载中也常有沙漠的旅人劈开仙人掌的上部，挖食柔嫩多汁的茎肉当作“救命水”解渴充饥的故事。而本地的墨西哥人则习惯于将仙人掌的汁多味甘的肉质茎当作水果，奉为待客佳品。3.2.3叶形态比较秋海棠和睡莲叶片较大，绿色，大致呈卵形；仙人掌的叶退化成黄色坚硬针刺。在缺水的状态下，仙人掌的叶子退化成了刺针。在植物生存过程中，蒸腾作用必不可少。蒸腾作用，即水分从活的植物体表面（主要通过叶片气孔）以水蒸气状态散失到大气中的过程，会消耗许多水分。作为缺水环境下生长的植物必须减少蒸腾作用。针状的叶片减少了蒸腾作用的表面积，可减少以水蒸气形式散失的水分。同时，仙人掌针刺和绒毛能够增大与空气接触表面积，从而从空气中汲水，尽可能获得更多的水资源。总体来说，即开源节流。开源表现为针刺绒毛和发达根系能够获取更多的水分；节流表现为针刺、肉质茎能够减少水分不必要的流失。造成差距影响因素主要是降水量的多少。这说明，是稀缺的降水造就了仙人掌独特的形态特征，即环境会影响生物。仙人掌能够在沙漠这样极端缺水的环境下生长，最终在自然选择中存活下去，是通过其独特的结构克服缺水这一问题，即结构与功能相适应，功能即生长习性是适应环境的。4. 结论研究发现，植物生长习性与自然环境有适应关系。这种关系在仙人掌表现为三个方面。第一，叶针刺化，以减少蒸腾作用、从空气中汲水。第二，茎肉质化，使储水能力增强。第三，根系发达，可吸收更多水分。参考资料[1]百度百科.仙人掌[DB/OL]https://baike.baidu.com/item/仙人掌/4967?fr=aladdin，2021-8-23[2]百度百科.沙漠 [DB/OL]https://baike.baidu.com/item/沙漠/24070?fr=aladdin，2021-8-23[3]百度百科.肉质茎[DB/OL]https://baike.baidu.com/item/肉质茎/998710?fr=aladdin,2021-8-23[4]天气网 [DB/OL] https://www.tianqi.com/，2021-8-25[5]中国自然标本馆 [DB/OL] http://www.cfh.ac.cn/，2021-8-25[6]地之图 [DB/OL] http://ditu.ps123.net/，2021-8-2欣欣、琦琦等 2021年8月12日作者简介：王欣欣，2007年11月生，七年级美丽女生，《小小少年说》周四专栏小作者。