植物叶的形态结构与环境的关系
依据各类植物与水的关系 , 把其分为陆生植物与水生植物 , 陆生植物又分为旱生植物 , 中生植物和湿生植物 .
可适应干旱条件而正常生活的植物称为旱生植物 . 旱生植物的叶具有保持水分和降低蒸腾作用 , 其通常向着两个方向发展 :
一类是减小蒸腾的适应 :就外型而言 , 一般植株矮小 , 根系发达 , 叶小而厚 , 蜡被和表皮毛发达 , 有的植物形成复表皮 . 就结构而言 , 叶的表皮细胞壁厚 , 角质层发达 . 气孔下陷或限定在气孔窝内 . 栅栏组织细胞层数多 , 甚至上下表皮内方均有栅栏组织分布 . 海绵组织和细胞间隙不发达 . 叶脉发达 , 可提高输水率和机械强度 , 如夹竹桃和松叶 . 这些形态上的结构特征 , 或是减少了蒸腾面 , 或是尽量是蒸腾作用迟缓进行 , 再加上原生质体的少水性 , 以及一些细胞液的高渗透压 , 使旱生植物具有了高度的抗旱性 , 来适应干旱环境 ;
夹竹桃黄花夹竹桃黄花夹竹桃叶
夹竹桃叶切片图另一类为肉质叶片 , 叶片肥厚多汁 , 叶肉中有发达的储水组织薄壁组职 , 保水力强 . 这些植物的细胞 , 能保持大量水份 , 水的消耗也少 , 因此可耐干旱 . 如芦荟 , 景天 , 龙舌兰等 .
芦荟白景天翡翠景天金边龙舌兰
水生植物的整个植株生在水中 , 因此 , 可以获得充分的水分和溶于水中的营养物质 , 但它们的叶 --尤其是沉水叶 , 不怕缺水 , 而因为水中溶解的空气少 , 光线为散射光叶绿体, , 如何解决获得它所需要的气体和阳光成为所要面对的问题 . 适应这种生态环境的水生植物 , 通常叶片较薄 , 叶面无气孔和表皮毛 (浮水叶仅在上表皮有气孔 , 表皮细胞具叶绿体 , 可营吸收 , 光合作用和气体交换的功能表皮细胞所含的叶绿体 , 对于光的吸收是极为有利的 , 因此 , 沉水叶的表皮不仅是保护组织 , 也是吸收组织和同化组织 (光合组织 . 叶肉不发达 , 无栅栏组织和海绵组织的分化 , 形成发达的通气系统 . 机械组织和维管组织退化 , 导管不发达 . 胞间隙特别发达 , 形成通气组织 , 即具大液泡间隙的薄壁组织 . 有些水生植物中具气生叶或漂浮叶 , 后者仅上表皮有气孔 , 叶肉中也句发达的通气系统 . 如芦竹、石菖蒲、芦荻和水生美人蕉等。
芦竹石菖蒲芦荻水生美人蕉
水生植物在分类群上由多个植物门类组成,包括非维管束植物,如大型藻类和苔藓类管束植物 , 其中被子植物占绝大多数,典型的水生植物多为被子植物中的单个叶纲 . 水生植物有挺水、浮叶、沉水等生活型 , 以下将做详细介绍 :
湿地植物 (包括挺水型、浮叶型 -- 生长在浅水湿地,其根系发达且深,下部淹没水中或在陆地上全部暴露在空气中均可生长,可形成净化带,对地表径流流入湖中的水起过滤作用,阻拦、吸收、转化可能进入水体的有机质及营养盐,有利于水体自净,防止水体的富营养化。
挺水型 :挺水植物指根生底质中、茎直立、一般植株高大 , 根部生活在水中 , 植物大部分挺出水面 . 光合作用组织气生的植物生活型 , 主要为单子叶植物 .
黄鸢尾水竹
浮叶型 :根生浮叶植物是一面叶气生的水生植物活型。一般茎细弱不能直立 , 根状茎
发达 , 有根在水下泥中 , 不会随风漂移。
萍莲草荇菜
沉水植物 --生长在湖底,整个植物浸没水下 , 多为观叶植物 , 能防止底泥的再悬浮而影响水体的透明度,保持湖水清澈。同时能吸收、转化沉积的底泥及湖水中有机质和营养盐,降低水中营养盐的浓度,抑制浮游藻类的生产 . 其在大部分生活周期中植株沉水生活、根生底质中的植物生活型 . 主要为单子叶植物。
金鱼藻伊乐藻
水生植物分布示意图
阳地植物与阴地植物
阳光,是植物光合作用的能量来源,但是由于植物长期适应不同的环境条件,不同的植物需要光的强度是不同的。根据植物对光照强弱不同的要求,可把它们分为阳地植物 (喜光植物,或“ 习光植物” ,和阴地植物(喜阴植物,或“ 习阴植物” 两大类。
阳地植物在较强的光照下才生长健壮,不耐荫蔽。在弱光条件下,植物生长发育不良,如松树、桉树、杨树等一些树木,栽培的落叶果树、农作物多属于此类,草原和沙漠植物以及先叶开花的植物均属阳地植物。
阴地植物不能忍受强光照射,适宜生长在阴蔽的环境中,即荫蔽环境下生长良好的植
物。如云杉、冷杉和一些森林中的草本植物。但并不是说阴地植物要求的光照越弱越好, 因为当光照强度过弱达不到阴地植物的光补偿点时,它们也不能生长。
冷杉生长环境
云杉生长环境
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银皇万年青冷杉云杉正因为如此,这两类植物利用强光的最大能力 --光饱和点就有很大差别。如万年青等阴地植物在海平面全光照的 1/10或更低时,就达到了光饱和,超过光饱和点的光虽然也能被叶子吸收,但不能提高光合强度,而是以热能的方式释放出来。而松、杨、柳等阳生植物,则需要很强的光,才能达到光饱和。
阳地植物与阴生植物是生长在不同光照强度环境中的植物 , 由于叶是直接接受光照的器官 , 因此 , 受光照强度的影响 , 也就容易反映在它们的形态和结构上 . 又因为具有相同基因型的植物若长期生活在不同的生态环境中 , 会出现结构和生理的趋异性 ; 而不同基因型的植物生活在同一环境中 , 又会出现趋同性 ,
所以 , 即使是同一植物 , 因叶所处位置的光照不同 , 也会有阴生与阳生的差异 . 一般来说树冠上部和向阳一面的叶 , 具阳生叶特征 ; 而树冠下部和阴面的叶则具阴生叶的特点 , 如糖槭 . 由此也可以看出叶是最具变化的器官 .
糖槭糖槭生长环境
即大又薄叶的特点
被子植物叶较大,如芭蕉(Musa basjoo的叶片长达一二米;王莲(Victoria regia 的叶片直径可达 1.8-2.5米,叶面能负荷重量 40-70千克,小孩坐在上面像乘小船一样;而亚马逊酒椰(Raphia taedigera的叶片长可达 22米,宽达 12米。因而其具有较大的受光面积,有利于光合作用,同时也使蒸腾作用加强。通过叶片蒸腾作用散失的
水分由根部吸收，并通过根、茎木质部运输至叶。叶片具很强的蒸腾作用，木质部的运输能力也相应很强。因为被子植物木质部中运输水分的结构主要是导管。导管由导管分子组成。管胞是大多数蕨类植物和裸子植物的输水分子，管胞之间通过纹孔传递水分，且管径较小，输水效率较低。而导管分子之间靠穿孔直接沟通，管径一般较管胞粗大，所以具较高的输水效率。导管高效率的输导能力与叶片很强的蒸腾作用相适应，所以被子植物茎内有导管与其具较大的叶之间有密切的关系。叶的功能是进行光合作用和蒸腾作用，而叶的结构非常适应于它的功能。因此，应从结构和功能统一的观点，来理解叶的结构。例如表皮的细胞扁平，紧密相连，没有间隙，细胞无色透明，这是表皮的结构特点，既能起到保护作用，又能让光线进入叶肉细胞。表皮细胞外壁具有角质层，并多有表皮毛，可防止叶内水分的散失。表皮上(主要是下表皮上有着大量的气孔，是为氧气、二氧化碳、水蒸汽进出的门户，从而有效地控制蒸腾作用的进行。再如叶肉，在两面
