仙人掌的生长顺序是(仙人掌科第20季仙人掌科生长形态)

生理机能(代谢)

仙人掌具有许多有趣的代谢特征,其中大多数与这样一个事实有关,即仙人掌通常生长在一年中至少有一段时间供水有限的地区。多肉植物就是这样一个特征,一些仙人掌在充分水合时,几乎95%的水分都是由仙人掌组成的。值得注意的是,它们会变干并存活到含水量低至20%的程度(Gibson和Nobel 1986,9)。

仙人掌的生长顺序是(仙人掌科第20季仙人掌科生长形态)(1)

一旦下雨,仙人掌也有很快吸收水分的能力。Gibson和Nobel(1986年9月10日)报告称,琥头(Ferocactus cylindraceus)可以在12小时内吸收大量的水,该地区降雨量仅为7毫米(0.3英寸)。几天后,茎就完全干枯了。

仙人掌的生长顺序是(仙人掌科第20季仙人掌科生长形态)(2)

绝大多数仙人掌执行一种特殊的光合作用过程,称为景天科酸代谢(crassulacean acid metabolism,简称САМ),这一现象也存在于景天科和其他必须应对有限供水的植物种类,包括龙舌兰、丝兰、凤梨和许多兰花等(Mauseth 1991,268-269)。它是一种特殊的光合作用,可以最大限度地减少植物对水的依赖。

仙人掌的生长顺序是(仙人掌科第20季仙人掌科生长形态)(3)

植物会打开或关闭表面的空气交换孔。大多数植物在白天会打开气孔,这样二氧化碳就可以被吸收,并与利用阳光分解水分获得的氢结合,并在光合作用过程中生成糖。氧气是光合作用的副产品,通过开放的气孔释放到大气中。然而,当气孔打开时,水蒸气也会流失,这给沙漠植物带来了问题,尤其是当气孔在一天的最炎热时期打开时。干燥可能会迅速发生,造成严重后果。在САМ光合作用中,气孔只在夜间打开,因此可以保存水分,因为在较冷的夜间,水蒸气的损失要少得多。夜间,二氧化碳进入茎中含有叶绿素的细胞,转化为有机酸,短暂储存在细胞液泡中。同时,氧气被释放,只有少量的水蒸气损失。第二天早上,随着太阳的升起,气孔关闭,细胞开始进行光合作用。二氧化碳从有机酸中被去除,并用于制造糖。因此,在气孔关闭的白天可以进行有效的光合作用。

仙人掌的生长顺序是(仙人掌科第20季仙人掌科生长形态)(4)

非САМ植物,包括大多数开花植物,白天进行气体交换。其中绝大多数的代谢被描述为C3,因为二氧化碳被捕获为三碳酸。有趣的是,仙人掌家族中具有一些最原始特征的仙人掌也会有C3代谢:木麒麟属(Pereskia)有持久的叶子,其茎中有CAM,而叶中有C3,拟叶仙人掌属(也称卧麒麟属Maihuenia)完全是C3代谢。

仙人掌的生长顺序是(仙人掌科第20季仙人掌科生长形态)(5)

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