植物对环境的作用举例说明

植物对环境的作用举例说明
植物对环境的作用举例说明

植物对环境的作用举例说明
植物因应环境变化的策略
植物因不能自由迁移生长位置,所面对的环境因子变化多端且错综复杂,因而衍生驯化或适应的能力.
光
光环境改变使植物产生驯化及适应的能力甚为明显,因为绿色植物进行光合作用将太阳能转为化学能,此乃地球上各种不同生态系能量的最主要来源.各种植物有其光合作用特性及能力,非耐阴性植物在强光照环境下可善用光源,光合作用旺盛,生长也良好；但在低光照环境下,因光资源的利用效率低,光合速率缓慢,小苗枯死的比率高.相反地,另有一部分植物在低光照环境下其光资源的利用效率较高,故可长期生存在低光环境中,但在强光照环境中却无法充分利用光源,光合作用能力低,生长量随光度增加而增加的幅度较小,甚至于受到强光照的抑制或伤害,故称之为耐阴性植物.
这两种对光需求不同的植物各有其适宜的生长环境,例如在崩塌、裸露的地方,或经火灾烧过的迹地,非耐阴种的种子可在这种环境条件解除休眠而发芽成小苗,而且可充分利用强光照进行光合作用,以致生长迅速而占据这些地方,所以这类的植物又称为先驱种或需光种.
先驱种长大后将地面覆盖,地表面的光度减弱,通常的情形是其种子不易发芽,幼苗也因光度不足而死亡,故看不到他们的后代小苗.这时候,耐阴种的种子可在这种低光度环境下发芽,若其种子因动物或其它外力而散布在此地,则会发芽成苗.因为这些树种的种子较大,带有充足的养分,故刚发芽的小苗虽缺乏叶绿素无法进行光合作用,但尚能维持数个月至二年的时间,俟叶绿素逐渐生成后,因在低光度下具有高的光利用效率而缓慢生长,终致长成大树而取代原来的先驱种,这种植物又称极盛相种或适阴种.
同一树种的不同个体间,因为生长在不同强度的光照下,会将生理活性、形态性状及生长表现作调节以求生存.例如生长在低光度下的植株,会改变光合作用特性,以求长时间生存.另外,形态性状的改变及光合作用产物在各器官分配的比例也是植物因应光度减弱的另一策略.在低光度环境,植物根系重量减轻,原因在于光合作用产物分配给根系的比例降低了,以减少根系呼吸作用的耗损；至于叶片则会比较薄且较大,以减少分配在单位叶面积的碳水化合物,截取更多的光量；在茎部方面,则延伸节间长度,长得较高,期望能突破周围或上面其它植物的遮荫.从这角度来看,长期的光度减少及光波组成的改变,植物以改变内在生理及外在形态性状的策略以求生存,但遗传特性并未改变,所以可视为因应环境改变的驯化机制.
在温带、寒带及高山地区,日照长度在一年当中有明显的变化,植物也受到日照长度周期变化的影响,春天来临时开花且绽放新芽,秋天则停止生长,叶片也渐次呈现黄化或红化的秋色,随后以休眠的冬芽度过寒冬.这种植物因一年四季气候因子的变化而呈现不同外貌的探讨,通常称为物候学.
同一种植物的不同个体停止生长的日期虽有差异,但通常相差在二星期以内.至于春天来临时,日照时数逐渐增加而长于临界值,植物在温度回升下累积能量而开花及萌发新芽,所以主要控制因子是温度而非日照长度.因此,同一种植物每年春天的开花日期因温度变化而年年不同,致与停止生长的模式不同.在热带地区,因日照长度未呈现明显的季节性变化,故控制生长的因子是降雨量,即干季来临时停止生长,雨季又恢复生长.
温度
其次,让我们来看看温度变化所衍生的驯化及适应现象.植物会吸收来自太阳辐射的能量,其中一部分供光合作用,一部分反射回大气中,最后一部分则以蒸散作用将热能蕴涵在水气中散失.显然地,第二及第三种生理程序会影响植物体热能的平衡.
生长在高光度下的植物,其叶片较小,叶缘缺刻较深,在生态学上深具意义,即表示单位体积的叶片有较大的表面积,而有利于热的散逸.此等个体的叶表面的气孔密度较高、气孔腔较小,水分及空气通过的阻力较大,但在缺水时敏感度较低,可在强光环境下避免水分散失过快,也可在植物体内缺水时,继续进行缓慢的蒸散作用以平衡体内过多的热能.他们的根系也较为发达,以便自土壤中吸收较多的水分供给叶片蒸散作用之需.因此,这些生理及形态的变化即显示植物因应不同的逆境所呈现的驯化潜能以维生存.
不同植物,平衡热能进出体内的功能不同,如高大的森林可吸收较一般农作物更多的光能,使我们感觉森林区域的光度较农作物区域为暗而较不刺眼.不过,森林的水分蒸散作用较农作物旺盛,可将吸收的光能蕴涵在水气中以蒸散方式散失,而农作物却以较高比例的热辐射来散热,致森林区域较为凉爽.
植物的光合作用及呼吸作用也会随着温度的变化而改变.在摄氏零度以上的低温,当温度上升时,光合作用及呼吸作用的速率都会上升,但前者上升较快,至某一温度,光合作用可满足呼吸作用的耗损,即净光合作用为零,此时的温度称为植物生存的「最低限温度」.若温度继续上升,净光合作用可在某一温度时达到最大值,植物的生长也最快,此时的温度称为「最适温度」.当温度高于最适温度,净光合作用随之下降,至某一高温时为零,此时的温度为「最高限温度」.
这三种温度并不是固定不变的,如同一种植物不同个体间,因为生长在不同的温度环境,生长在高温环境的,这三种温度通常会较高,但最大净光合作用速率不一定随着上升,显示植物随着环境的改变而有调整其生理程序的潜力.另外,不同种植物间的最大净光合作用速率,最低、最适、最高限温度也会有所不同.此即植物经长期演化及天择的结果.
温带、寒带及高山地区,一年四季温度变化显著,且随着纬度及海拔高度的增加呈剧烈变化.如前节所述,晚夏至秋天之际,植物因日照时数缩短而停止生长,且因温度的逐渐下降而自柔弱多汁的状态转变为含水量低且木质化的坚硬状态,体内的生长素平衡也改变,这种驯化过程称之为低温健化或霜健化.经过低温健化的植株可在随之而来的冬天低温下生存而不致绝种.
春天温度的回升,使休眠中的芽在历经冬天低温的冷激之后开始累积热能,至某一累积值后绽放.通常的情况是,分布在高纬度及高海拔地区的植物因经过历代的天择,而演化成需较长时间的冷激及较少的累积热能使芽绽放,以适应春天较低温的环境仍可恢复生长.绽放后恢复生长的芽或花朵,对低温的耐受力即消失,此时若出现春霜,植物将严重受害.至于整个生长期,若出现摄氏10度以下的低温,也会使细胞膜结构受到影响,生理活性也下降.
因此,植物在秋冬之际生长缓慢或停止虽对植物不利,但从相反的角度观之,却因而有足够的时间及资源以抵抗更严厉逆境的能力；春天的苏醒与生长却要冒着偶发逆境的危害,这种因应方式也可视为植物与环境间的平衡与妥协.
水
再者,水分也是植物因应环境的方式中的重要影响因子.水分缺乏是最常见的逆境,在夏天因为水分的散逸快速,可能在一天之内就出现水分不足而使叶片下垂、雕萎.事实上,软化、下垂、卷曲的叶片,可减少太阳辐射的截留量,而减少叶片水分的蒸散损失,可视为植物维护体内水分的方式.
植物的光合作用吸进二氧化碳并释放氧,以及蒸散作用释出水分皆经由叶表面的气孔同时进行.早上日出之后,由于阳光的诱导而使气孔张开,光合作用及蒸散作用得以进行.随后因阳光逐渐增强,这些作用也渐趋旺盛.当叶片水分散失速率高于水分自根部吸收后运送至叶片的速率时,气孔腔会缩小、阻力上升以减缓水分的散失速率,光合作用速率也会下降.水分严重不足时,气孔腔完全关闭,蒸散作用及光合作用完全停止.
因此,一天当中近中午时分,常因植物体内水分不足而使气孔呈现半关闭状态,以致这两种生理程序反而下降.短暂的气孔关闭可避免水分的过度损失,但也牺牲了光合作用.长期的气孔关闭及高度的气孔阻力将使植物停止光合作用,并因耗损贮存的光合作用产物以致活力衰退,对逆境的抵抗能力下降,不利于生长及生存.
同一种植物的不同个体间,长期生长在土壤水分较短缺地区的,其叶片通常较生长在土壤水分充沛地区者为小、为厚,叶片上的气孔较小但较密集,这些形态上的改变可降低蒸散速率而减少水分的耗损,同时也影响二氧化碳进入叶片内部和光合作用的速率,但因水分散失速率减少的幅度较光合作用减少的幅度为大,故单位体积水分耗损所可获得的光合作用的产能,即水分利用效率,反而较高.
另外,前者也将较高比例的光合作用产物运送到根系,使根系的生长较为繁茂,而且更深入土层,以增加水分的吸收能力,平衡蒸散作用的耗损.这些因应土壤水分多寡而引起的改变,会使之呈现不同的耐受性,惟当土壤水分充足之后,这些改变也将逐渐消失.至于短期的土壤水分不足,植物会改变内在的生化反应及生理状况以加强水分的吸收能力,以度过水逆境,当水逆境解除,这些改变也随着消失.
在不同植物间,由于长时间在不同环境演化,也使之具有不同的水逆境忍受能力,或逃避干旱的特性.例如生长在干燥地区的一年生植物,雨季来临时种子即发芽、生长,在数星期内开花、结果,在干季来临前种子已成熟,而以种子度过干季,逃避旱季的危害.至于多年生的植物,则以减小叶面积或于干季落叶的方式减少水分的散失,甚至于叶完全退化,如仙人掌的叶退化为针刺,而木麻黄的叶退化为鞘状齿裂,我们所见类似叶的部位,事实上是枝条变形的.
虽然减少叶面积可以减少水分经由蒸散作用的耗损,也降低植物体内水分不足的压力,使分布在干燥地区的多年生植物得以生存.但自热能平衡的角度而言,植物体所吸收的过多热能因而无法以蒸散作用的路径平衡,必须用对流的方式散逸,故在热能的平衡上不可与茂盛的森林相比拟