看被子植物如何极地“荒野求生”

南极与北极地区是地球表面特别不适宜生命活动的环境之一，那里寒冷干燥、昼夜温差大、土壤贫瘠、夏季短暂、冬季极寒、有极昼极夜现象。 印象中南极是企鹅的家园，北极是北极熊的栖息地。 很难想象极地地区冰天雪地会和花红柳绿、繁花似锦有什么瓜葛，然而就在极地这苦寒之地，仍然有数百种被子植物准确地把握住了夏季短暂的窗口期，倔强地绽放着生命之花。 这些被子植物是如何在如此极端的环境中生存和繁衍的？ 它们选择了什么？ 放弃了什么？ 它们又有哪些巧妙的生存策略来应对多种不利因素的胁迫呢？

被子植物硬生生地在极地绽放着生命之花（图源《知识就是力量》杂志）

小型化——

我是一株高3厘米的“参天大树”

“碧玉妆成一树高，万条垂下绿丝绦。”我们非常熟悉的垂柳高可达20米，而它在北极生活的亲戚北极柳高往往只有几厘米。对于在温带生活的垂柳来说，高大的树形能够获得更多的光照面积，从而积蓄更多的营养，生产更多的种子；而北极柳会不免疑惑，为什么它要把枝叶伸向头顶冰冷的空气中？在温暖的地面匍匐着不香吗？

由于地面吸收太阳能的本领远超过空气，地面空气的温度会随离地高度增加而降低。在炎热的夏天你一定也深有体会，路面被太阳晒得烫脚，越是贴近地面，气温越高。另外，贴近地面，风力也会减弱，热量流失更少，再加上永久冻土层的阻挡使植物根系无法往深处生长。在北极的狂风面前，高大的树形无异于自讨苦吃。于是，小型化成为在北极生活的被子植物的不二之选。在中国新疆，北极柳尚且能够长到几十厘米高，但是在格陵兰岛北部，高度就只有两三厘米了。 类似情况也发生在极地柳、网脉柳、沼桦等植物身上。在北极，这些杨柳科、桦木科植物不再是我们固有印象中的高大乔木，而是贴地生长的低矮灌木。此外，北极还生活着许多杜鹃花科植物，如北极花、越橘、熊果等，这些小灌木也都贯彻着小型化的路线，都妥妥地“低调”生长。由于难以在一年的时间内积累足够的能量和物质完成开花结果，绝大多数极地被子植物都是多年生植物。

拔地而起的垂柳（图源《知识就是力量》杂志）

极地被子植物小型化一方面是小型化本身确实具有适应性的优势，另一方面也是由于北极夏季寒冷而短暂导致的，植物无法积累足够的物质和能量来长得更大。 以中国的北极黄河站驻地斯瓦尔巴群岛为例，这里每年7月冰雪开始融化，9月中旬就开始积雪，期间还要经受“倒春寒”的袭扰，而且这还是在北大西洋暖流影响下的情况，相比如同纬度下其他地区，这已经是最理想的条件了。

垫状生长——

让我们抱团取暖吧

面对南极刺骨的寒冬，孵卵的雄性帝企鹅会聚在一起抱团取暖，无独有偶，植物也有类似的现象，而且在极地非常常见。比如虎耳草科植物挪威虎耳草，这是一种冰川先锋被子植物，也是很早出现在冰川消退迹地的植物之一。

所谓垫状生长，就是植物的群体或者个体的多个分枝紧贴地面致密地生长，形状接近圆饼状或是半球形，看起来像座垫一样。通常情况下，过于密集并不利于植物生长，因为这样会加剧种内个体间对于光照、水分、矿质元素等资源的争夺，因此无论是种花、种菜还是植树，我们都会在保持个体间的距离，使之有较为合理的生长空间。但是在极地、高山和沙漠这样极寒极旱的环境条件下，垫状植物在营造小环境的本领得以凸显，竞争所带来的不利几乎可以忽略。

多个分枝紧贴地面致密生长的挪威虎耳草（图源《知识就是力量》杂志）

流动的空气可以快速带走热量，而流通缓慢的空气具有很好的保暖效果，比如玻璃温室和薄膜大棚。虽然玻璃和塑料薄膜并不厚，但有效地阻止了内外空气流动交换，从而让温室和大棚具有很好的保暖效果。由于垫状植物紧紧凑在一起，阻碍和减缓了缝隙间的空气流动，在太阳的照射下，垫状植物的温度会显著高于周边空气温度，同时，垫状植物的内部的湿度也高于周边环境，减少了整体水分的流失。

看起来像座垫一样的高山垫状植物图片来源 / 中国科学院拉萨高原生态试验站）

“落红不是无情物，化作春泥更护花。”植物的凋落物通常能够优化土壤的成分和性质，让垫状植物能够有效固定凋落物免于被极地大风吹走。更重要的是，它们能够为土壤微生物提供合适的温湿度，这些分解者将凋落物转化为腐殖质，促进植物的生长。

垫状植物的花朵同时开放，连成片的花朵弥补了单朵花太小的不足，有利于吸引昆虫等传粉者。同时也节省了传粉者每朵花之间的路程和时间，提高了传粉效率。

贴地生长的北极柳（图源《知识就是力量》杂志）

垫状生长对于植物生存和繁殖的优势得到了种子萌发率和植株个体寿命的数据支持。研究者通过对紫草科植物矮齿缘草的长期观察和盆栽试验发现，其种子总萌发率不到30%，而在10~20平方厘米的垫状体里发芽率达到70%，在20~30平方厘米的垫状体里发芽率更是达到了95%。另外，比起单株植物，垫状体中的植株拥有更长的寿命和存活率。

来源：知识就是力量

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