美丽兰花的保水秘诀,从“根”做起

  • 作者/罗妙祯 |园艺暨景观学系毕业,对大自然怀抱敬畏与好奇的心,喜欢探索新鲜事物,在意人们与这片土地之间的连结,想记录一笔笔动人的故事。

兰花,一直是园艺界的宠儿,像是蝴蝶兰就是历久不衰的明星,花色选择多、花期长又好照顾,无论送礼或自家种植都适合!家人、朋友不仅爱从花市买兰花回来,阳台或家中一隅只要摆上几盆兰花,整个空间气质大大提升。但买回家之后问题就来了:“兰花要怎么浇水呀?”“好几天才浇一次真的可以吗?”,花店老板大部分会说,2-3 天或更久浇一次就好。究竟为什么姿态娇贵的兰花,可以不用常常浇水呢?

在没有人为干扰的大自然里,野生的兰花们主要栖息在森林中,依据其栖息地的差异可以区分成附生兰(如蝴蝶兰、文心兰、石斛兰等)和地生兰(如国兰、仙履兰等)两大类,其中附生兰就占了兰科植物的 70%。附生兰会和其他的附生植物例如蕨类、积水凤梨等一同附着于树干、岩石或其他植物上,将它们当成支撑物以便争取到更大量的阳光。这些附生植物在森林的高处蓬勃生长,丰富了树冠层的生态。

然而附生兰和附生植物不像其他同类生长在土壤上,除了要面对营养盐缺少、只能从雨水淋洗中少量且间歇地补充的困境,还有水分供给不稳定的劣势,基本上就是依靠在别人身上还要靠天吃饭。面对这样水分、养分供给不足的环境附生兰该如何因应?

听说海绵城市很夯,但兰花早就知道了

附生兰花能够悬在树上、耐受少量水分的秘诀,就隐藏在根部的组织结构里。

根部是植物获得水分与营养重要的来源,大部分的植物在根的表皮上有无数的根毛,负责吸收水分的重责大任。但是兰科植物中的根部最外层,却是由称为根被(velamen)的表皮特化组织所构成。成熟后的根被为一层层经历木栓化(suberinization)的死细胞,它的作用与结构就像一层薄薄覆盖在根上的海绵,遇到水分时可快速吸收水分且暂时贮存,并防止水分向外散失。根据解剖研究显示,蝴蝶兰平均具有 2-3 层的根被组织,流苏石斛甚至具高达 10-11 层的根被呢!

除了紧紧锁住水分,根被组织对附生兰吸收矿物质的需求也很重要。德国研究学者 Gerhard Zotz 等人解剖了 18 种附生兰花的根部,发现不同种兰花之间其根被层数多寡差异极大,根被占根部面积比例介于 11%-97%,而根被细胞里的果胶物质具有保留带电离子(如磷、钾等植物生长必须元素)的功能,根被面积越大,吸收与保留住的营养离子就越多。

细胞之墙层层守护,避免水分流失

如果说根被是护城河,那么再往内的根部组织--内皮层(endodermis)和外皮层(exodermis)--就是两道长长的堡垒。当水分从根被进入后,则来到由薄壁细胞组成的仓库--皮层(cortex),含有叶绿体,具有储存养分、水分的功能。

在皮层的内、外分别有一圈高度特化的细胞层,称为内皮层和外皮层,能够避免存放在仓库里的水及营养离子流失。这两层组织上,大部分的细胞具有木栓化的次生细胞壁,成熟后为死细胞,功能有如厚厚的铜墙铁壁,是水分进出的阻碍,使水分无法顺利地穿越进出,降低了水分流失的机率。

而内皮层和外皮层在细胞壁加厚形式上,还演化出不同的类型,透过横切根部观察,呈现 U 型(开口朝内)和 O 型 2 种加厚现象,在前述解剖的 18 种附生兰,内皮层都是呈现 O 型加厚,外皮层则依不同兰花有 O 型(如石斛兰、文心兰等)或 U 型(如蝴蝶兰)加厚。不过,学者目前尚无法推定背后演化的机制与原因。

那被堡垒状的构造挡住的水分,该从哪儿进出呢?位在内皮层或外皮层上的通过细胞(passage cell)形体较小,而且没有经过木栓化、具有活性细胞膜,扮演气体流通及水分、养分横向运输的角色。内皮层上的通过细胞,分布位置就在木质部(xylem)的对面,正对着早成木质部(protoxylem),被认为具有降低水分运输阻力、缩短路径、帮助营养离子更快速地主动运输进入木质部的功用。

无论是具加厚现象的细胞或是通过细胞,皆在附生兰皮层里外各自坚守要职,一方面避免水分流失、蒸散,一方面控制水分与养分能最有效率地运输至植物的维管束、供给地上部的需求,显现出附生兰根部细胞高度演化的特点。

光是分析解剖构造,或许你还是会怀疑:兰花的吸水功能真的有解剖学家说的那么神吗?科学家透过实际上的吸水试验,发现 10 种以上的附生兰气生根(悬在空气中的不定根)在短短 15 秒内即能快速吸水、达到饱和的状态,水分流失的速度的速度非常慢,吸收 50% 水分的效率比流失 50% 水分足足快了 200 倍,充分展示了生长在树上的附生兰对于水分利用的惊人效率。

附生兰的保水秘诀,还不只这些

综合以上,无论是根被组织,或是内皮层及外皮层上的木质化细胞、通过细胞,在长期演化下已与环境及自身生理机制配合得天衣无缝。水分从接触根被组织即快速被吸收,然后一层层被木质化的细胞壁困住,防堵蒸散流失,并保留住带电离子,将水分及养分有效率地往内部运输,让附生兰在贫瘠的环境里顺利地生存下来。

其实,兰花面对水分逆境的机制还不只这些,有些兰花还有肥厚的叶片、假球茎等构造可以储存水分,或是有些附生性植物具有毛茸(trichome)、叶杯等特殊构造。植物虽然不会动,但仍从自身结构演化出特殊的机制去适应环境,让自己在相对恶劣的环境下不仅生存下来而绽放出美丽的花。

人家常说“浇水学问大”,植物吸收水分、养分的机制,仍有具有许多有趣的现象等着我们去发掘呢!

参考资料

  1. Zotz, G. and U. Winkler. Aerial roots of epiphytic orchids: the velamen radicum and its role in water and nutrient uptake. (2013) OECOLOGIA, doi: 10.1007/s00442-012-2575-6.
  2. Joca, T. A. C, D. C. Oliveira, G. Zotz, U. Winkler, A. S. F. P. Moreira. The velamen of epiphytic orchids: Variation in structure and correlations with nutrient absorption. (2017) FLORA, doi: 10.1016/j.flora.2017.03.009
  3. Zotz Gerhard. Plants on Plants – The Biology of Vascular Epiphytes. (2016) Fascinating Life Sciences. ISBN 978-3-319-39237-0

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