荒漠植物大多擁有高度進(jìn)化的水分吸收和運(yùn)輸系統(tǒng)，傳統(tǒng)理論認(rèn)為它們能通過發(fā)達(dá)的根系最大限度地從沙土中吸收水分，向上傳輸?shù)角o、葉，同時(shí)借助特殊的葉片結(jié)構(gòu)減少水分的損失。
近日，中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所張?jiān)鲌F(tuán)隊(duì)與美國(guó)楊百翰大學(xué)、美國(guó)猶他州立大學(xué)的科學(xué)家合作，以齒肋赤蘚（Syntrichia caninervis）為研究材料，闡明了荒漠植物葉片特殊結(jié)構(gòu)在植物體適應(yīng)干旱環(huán)境中的重要作用，揭示了荒漠植物高效利用干燥空氣水分維持生命的機(jī)制，提出了荒漠植物“由上至下”吸收水分的新模式，這一研究成果于6月6日在線發(fā)表于Nature Plants。
齒肋赤蘚在世界各地沙漠中廣泛分布，具有獨(dú)特有效的脫水復(fù)蘇機(jī)制，能夠在營(yíng)養(yǎng)組織失去近90%的細(xì)胞水分后，以一種類似休眠的方式度過嚴(yán)酷的干旱期，在水分適宜的條件下快速恢復(fù)正常的生命代謝活動(dòng)，繼續(xù)其生活史。因此，在荒漠生態(tài)系統(tǒng)中，此類復(fù)蘇植物比其它植物具有更大的生存優(yōu)勢(shì)。張?jiān)鲌F(tuán)隊(duì)曾報(bào)道了齒肋赤蘚葉片頂端白色芒尖有利于植物體凝結(jié)水的形成（Journal of Hydrology, 2009）以及具有重要的水分保持作用（Journal of Plant Research，2012）。然而，有關(guān)該植物如何從干旱環(huán)境（空氣）中收集和運(yùn)輸水分的機(jī)制一直未知。
研究人員發(fā)現(xiàn)，齒肋赤蘚的假根系統(tǒng)(rhizoids)并不具有水分吸收的作用，而其葉片頂端的白色芒尖是其適應(yīng)干旱環(huán)境的關(guān)鍵。葉片頂端的芒尖分布有從納米、微米到厘米等不同尺度的水分收集與傳輸系統(tǒng)（凹槽和疣狀突起），具有采集和運(yùn)輸水分的多種模式，分別將空氣中的水分子形成水核、水膜和水滴，然后將這些水滴通過毛細(xì)管作用迅速運(yùn)輸?shù)矫⒓獾撞康娜~面，被葉片吸收。研究人員還發(fā)現(xiàn)，從更宏觀的尺度（厘米級(jí)），齒肋赤蘚以聚集生長(zhǎng)的方式覆蓋在沙漠表面，密集的葉片芒尖能夠有效地吸收雨滴打擊的能量，從而最大程度地減少雨滴的飛濺和水分的損失，有利于水分的保持和吸收。
該研究得到了科技部“973”項(xiàng)目課題的資助。Science 雜志對(duì)上述成果進(jìn)行了評(píng)述：“For the first time, scientists have examined in detail how this moss (Syntrichia caninervis) pulls water right from the air using its awns. These tricks may one day help engineers design better equipment to collect water in arid locales.”
文章相關(guān)信息：Zhao Pan, William G. Pitt, Yuanming Zhang, Nan Wu, Ye Tao, Tadd T. Truscott.The upside-down water collection system of Syntrichia caninervis. Nature Plants, 2016; 2 (7): 16076 DOI: 10.1038/nplants.2016.76.
干燥狀態(tài)（左）和濕潤(rùn)狀態(tài)（右）的齒肋赤蘚植株
覆蓋在荒漠地表的蘚類結(jié)皮（干燥時(shí)呈現(xiàn)黑色）
