沙漠绿洲的感悟（沙漠里的生机凡此种种）

编者按：种瓜得瓜，种豆得豆，种子到底有多神奇？中科院之声与中国科学院昆明植物研究所联合开设“凡此种种”专栏，为大家讲述种子的有趣故事，介绍大自然中匠心独具的种子植物。

沙漠中的匆匆过客——短命植物

短命植物一般是指发育周期非常短，在春季或夏初的短时间里就迅速完成生活周期的一类特殊生态类型的草本植物，是生活于温带干旱区的一大植物类群。

Juhren 等1956年将沙漠中的短命植物划分成夏季短命植物（仅在夏季炎热的气候下萌发）和冬季短命植物（萌发要求相对凉爽的气候条件）；Schenkeveld于1983年按生活型将短命植物分为一年生短命植物、多年生一次开花结实和多年生多次开花结实的短命植物三种类型，此后有些学者亦将前者称为短命植物，而将后两者称为类短命植物。

短命植物主要分布于中亚、北非及北美广大地区的荒漠地带，并以中亚为分布中心，作为荒漠地区的先锋植物，改善了这些区域土壤良性循环，在荒漠植物群落的形成和演替中具有重要作用。

短命植物均为草本，植株较矮小，大多数种类株高在30厘米以下，多为浅根系，生长发育节律快，茎干对光合产物的贡献率较高；植物体内的水分状况与旱生植物有所区别，其自由水量和蒸腾强度较高，而吸水力和持水力较低。

短命植物齿子草Odontospermum stenophyllum为菊科植物，生活于长期干旱、很少降雨的非洲撒哈拉大沙漠中，其种子常常需要等待一个合适的时机来迅速完成它的使命。只要沙漠里稍微降一点雨，地面稍有点湿润，齿子草的种子就会立刻发芽，生长开花，另外其根只一天就能长到64厘米左右。更有趣的是，齿子草的花对温度极其敏感，空气干燥时就赶快闭合起来；稍稍湿润时又迅速开放，快速结果。齿子草从种子发芽到开花结果，还不到一个月，生命周期极其短暂，虽然短暂的生命周期如同昙花一现，但种子却能在恶劣的环境中坚守，可谓坚韧的斗士。

类似的植物，还有生长在沙漠里的木贼Ephedra equisetina，它的种子在降雨后10分钟就开始萌动发芽，10个小时以后就破土而出，迅速生长，仅仅两三个月就走完了自己的生命历程。

木贼（左） 瓦松（右）（图片来源于网络）

匆匆走完生命历程的还有瓦松Orostachys fimbriatus，其为景天科Crassulaceae植物，是一种生长在瓦房顶上的草，在干旱的季节里，瓦松的种子躺在瓦沟里，耐心地等待着雨季的到来。雨季来了，瓦松的种子吸足了水分，就迅速地发芽生根，长成植株，很快就开花结果，完成自己繁殖后代的使命。雨季过去，它便枯黄死去。

坚守绝境，铸就沙漠奇葩——百岁兰

纳米布沙漠是世界上最古老、最干燥的沙漠之一，它起于安哥拉和纳米比亚边界，止于奥兰治河，沿非洲西南大西洋海岸延伸2100千米；纳米布沙漠被艾塞布干河分成两个部分，南面是一片浩瀚的沙海，北面是多岩的砂石平原。

纳米布沙漠年均降雨量不足25毫米，有时甚至数年滴雨不下。只有大西洋的阵阵风暴，每月会给这片沙漠带来五六天的浓雾。想象中那该是一片荒凉的不毛之地，然而，就在砂石平原上，却生长着一种神奇的植物—百岁兰。百岁兰Welwitschia mirabilis为裸子植物纲百岁兰科Welwitschiaceae植物，本科仅一属一种，是极其珍贵的“孑遗植物”。奥地利植物学家 Friedrich Welwitsch 在1860年发现于安哥拉南部纳米比沙漠中。百岁兰终生只长两个叶片，常青不凋，寿命长达100年以上，甚至数百年。经过碳14测试推测其平均寿命可达数百年，其中一部分甚至可到2000年，因此又称千岁兰、百岁叶等。

百岁兰的生长周期（图片来源于网络）

百岁兰雌雄同株，成年后年年开出红色花朵。果实呈球状，种子有翅，可随风飘散，广泛传播。1株植株平均每年能产生10000多粒种子，但在极度干旱的环境下，只有极少数种子能够在沙漠中成功萌发，完成生命周期，这无疑是一场豪赌。种子萌发后先伸出2片子叶，然后胚芽发育形成2片真叶，随后子叶逐渐枯萎凋落，胚轴伸长形成茎。虽然百岁兰的种子完成了由种子到小苗的转变，但这也只是它一生中迈出的一小步。

作为纳米布沙漠上独有的植物，百岁兰的根系非常独特，据统计：14%的根系为高密度细根，向上生长于植物周围半径1.5米的地表；约55%的主根和细根生长在含水10%的10-66厘米含石膏层中；约25%的主根和细根生长在93-125厘米深的岩钙层湿砂中。同位素研究证实，百岁兰可以利用几种不同的水源，但大多数水源来自降雨。另外，百岁兰的根系会根据周围的水分环境发生变化，有动态变化特征，通过多种的补水策略保证了其在超干沙漠的最干燥阶段也不会缺水。

百岁兰有两片从茎顶生出并左右分开的革质叶子，匍匐在地上，叶可宽至30厘米、长3米左右、最长能有6-7米，叶的基部硬而厚，并不断地生长。白天阳光照射下，叶片能够保证气孔开放，保证正常的蒸腾作用；夜晚也能吸收二氧化碳，正常生长。另外，由于这些大叶子所投下的大面积遮荫，减少了高温对根系的伤害。

百岁兰的植株（图片来源于网络）

百岁兰的分布范围极其狭窄，只在西南非洲的狭长近海沙漠才能找到，加之其是远古遗留下来的 “活化石”植物，因此非常珍贵。尽管这种神奇的植物引起了人们的广泛关注，但目前仍不清楚百岁兰从小苗长出开始，究竟需要多少年才能开花结果，其中的秘密还有待科学家们继续解锁。

参考资料：

1. 袁橙. 沙漠里的"短命"植物[J]. 生态文化, 2002(1):1.

2. 谭敦炎, 曲荣明. 短命植物的特点及其研究现状[C].中国植物学会七十周年年会论文摘要汇编（1933—2003）. 2003.

3. 袁素芬, 唐海萍. 短命植物生理生态特性对生境的适应性研究进展[J]. 草业学报, 2010, 19(1):8.

4. Willert DV, Armbruster N, Drees T, et al. Welwitschia mirabilis:CAM or not CAM -what is the answer?[J]. Functional Plant Biology, 2005,32.

5. Henschel JR, Wassenaar TD, Kanandjembo A, et al. Roots point to water sources of Welwitschia mirabilis in a hyperarid desert[J]. Ecohydrology, 2018.

6. Schulze ED, Eller BM, Thomas DA, et al. Leaf Temperatures and Energy Balance of Welwitschia mirabilis in It’s Natural Habitat[J].Oecologia,1980,44(2):258-262.

校审：杜燕

来源：中国科学院昆明植物研究所