分享本文至 E-mail 信箱
學術引用格式
MLA
APA
EndNote(.enw)

美麗蘭花的保水秘訣,從「根」做起

  • 作者/羅妙禎 |園藝暨景觀學系畢業,對大自然懷抱敬畏與好奇的心,喜歡探索新鮮事物,在意人們與這片土地之間的連結,想記錄一筆筆動人的故事。

蘭花,一直是園藝界的寵兒,像是蝴蝶蘭就是歷久不衰的明星,花色選擇多、花期長又好照顧,無論送禮或自家種植都適合!家人、朋友不僅愛從花市買蘭花回來,陽台或家中一隅只要擺上幾盆蘭花,整個空間氣質大大提升。但買回家之後問題就來了:「蘭花要怎麼澆水呀?」「好幾天才澆一次真的可以嗎?」,花店老闆大部分會說,2-3 天或更久澆一次就好。究竟為什麼姿態嬌貴的蘭花,可以不用常常澆水呢?

森林中的附生蘭之一,台灣松蘭。圖/陳兆倫

在沒有人為干擾的大自然裡,野生的蘭花們主要棲息在森林中,依據其棲息地的差異可以區分成附生蘭(如蝴蝶蘭、文心蘭、石斛蘭等)和地生蘭(如國蘭、仙履蘭等)兩大類,其中附生蘭就佔了蘭科植物的 70%。附生蘭會和其他的附生植物例如蕨類、積水鳳梨等一同附著於樹幹、岩石或其他植物上,將它們當成支撐物以便爭取到更大量的陽光。這些附生植物在森林的高處蓬勃生長,豐富了樹冠層的生態。

然而附生蘭和附生植物不像其他同類生長在土壤上,除了要面對營養鹽缺少、只能從雨水淋洗中少量且間歇地補充的困境,還有水分供給不穩定的劣勢,基本上就是依靠在別人身上還要靠天吃飯。面對這樣水分、養分供給不足的環境附生蘭該如何因應?

附生蘭經常被種植在木板、蛇木板等介質上。圖/作者提供

聽說海綿城市很夯,但蘭花早就知道了

附生蘭花能夠懸在樹上、耐受少量水分的秘訣,就隱藏在根部的組織結構裡。

根部是植物獲得水分與營養重要的來源,大部分的植物在根的表皮上有無數的根毛,負責吸收水分的重責大任。但是蘭科植物中的根部最外層,卻是由稱為根被(velamen)的表皮特化組織所構成。成熟後的根被為一層層經歷木栓化(suberinization)的死細胞,它的作用與結構就像一層薄薄覆蓋在根上的海綿,遇到水分時可快速吸收水分且暫時貯存,並防止水分向外散失。根據解剖研究顯示,蝴蝶蘭平均具有 2-3 層的根被組織,流蘇石斛甚至具高達 10-11 層的根被呢!

以蝴蝶蘭的氣生根為例,根部外層具有一層白白肉眼可見的是根被(velamen)細胞,成熟後細胞壁木栓化成網格狀的死細胞。圖/作者提供

除了緊緊鎖住水分,根被組織對附生蘭吸收礦物質的需求也很重要。德國研究學者 Gerhard Zotz 等人解剖了 18 種附生蘭花的根部,發現不同種蘭花之間其根被層數多寡差異極大,根被占根部面積比例介於 11%-97%,而根被細胞裡的果膠物質具有保留帶電離子(如磷、鉀等植物生長必須元素)的功能,根被面積越大,吸收與保留住的營養離子就越多。

細胞之牆層層守護,避免水分流失

如果說根被是護城河,那麼再往內的根部組織--內皮層(endodermis)和外皮層(exodermis)--就是兩道長長的堡壘。當水分從根被進入後,則來到由薄壁細胞組成的倉庫--皮層(cortex),含有葉綠體,具有儲存養分、水分的功能。

在皮層的內、外分別有一圈高度特化的細胞層,稱為內皮層和外皮層,能夠避免存放在倉庫裡的水及營養離子流失。這兩層組織上,大部分的細胞具有木栓化的次生細胞壁,成熟後為死細胞,功能有如厚厚的銅牆鐵壁,是水分進出的阻礙,使水分無法順利地穿越進出,降低了水分流失的機率。

附生蘭的橫切面解剖構造,由外向內分別有根被、外皮層、皮層、內皮層、維管束。圖/Carl von Ossietzky Universität Oldenburg

而內皮層和外皮層在細胞壁加厚形式上,還演化出不同的類型,透過橫切根部觀察,呈現 U 型(開口朝內)和 O 型 2 種加厚現象,在前述解剖的 18 種附生蘭,內皮層都是呈現 O 型加厚,外皮層則依不同蘭花有 O 型(如石斛蘭、文心蘭等)或 U 型(如蝴蝶蘭)加厚。不過,學者目前尚無法推定背後演化的機制與原因。

那被堡壘狀的構造擋住的水分,該從哪兒進出呢?位在內皮層或外皮層上的通過細胞(passage cell)形體較小,而且沒有經過木栓化、具有活性細胞膜,扮演氣體流通及水分、養分橫向運輸的角色。內皮層上的通過細胞,分布位置就在木質部(xylem)的對面,正對著早成木質部(protoxylem),被認為具有降低水分運輸阻力、縮短路徑、幫助營養離子更快速地主動運輸進入木質部的功用。

以蝴蝶蘭根部為例,具有內皮層 O 型加厚(左圖)和外皮層具 U 型加厚缺口向內(右圖)的木質化細胞,而水分及養分會經由通過細胞向木質部運送。圖/作者提供

無論是具加厚現象的細胞或是通過細胞,皆在附生蘭皮層裡外各自堅守要職,一方面避免水分流失、蒸散,一方面控制水分與養分能最有效率地運輸至植物的維管束、供給地上部的需求,顯現出附生蘭根部細胞高度演化的特點。

光是分析解剖構造,或許你還是會懷疑:蘭花的吸水功能真的有解剖學家說的那麼神嗎?科學家透過實際上的吸水試驗,發現 10 種以上的附生蘭氣生根(懸在空氣中的不定根)在短短 15 秒內即能快速吸水、達到飽和的狀態,水分流失的速度的速度非常慢,吸收 50% 水分的效率比流失 50% 水分足足快了 200 倍,充分展示了生長在樹上的附生蘭對於水分利用的驚人效率。

附生蘭的保水秘訣,還不只這些

綜合以上,無論是根被組織,或是內皮層及外皮層上的木質化細胞、通過細胞,在長期演化下已與環境及自身生理機制配合得天衣無縫。水分從接觸根被組織即快速被吸收,然後一層層被木質化的細胞壁困住,防堵蒸散流失,並保留住帶電離子,將水分及養分有效率地往內部運輸,讓附生蘭在貧瘠的環境裡順利地生存下來。

其實,蘭花面對水分逆境的機制還不只這些,有些蘭花還有肥厚的葉片、假球莖等構造可以儲存水分,或是有些附生性植物具有毛茸(trichome)、葉杯等特殊構造。植物雖然不會動,但仍從自身結構演化出特殊的機制去適應環境,讓自己在相對惡劣的環境下不僅生存下來而綻放出美麗的花。

人家常說「澆水學問大」,植物吸收水分、養分的機制,仍有具有許多有趣的現象等著我們去發掘呢!

參考資料

  1. Zotz, G. and U. Winkler. Aerial roots of epiphytic orchids: the velamen radicum and its role in water and nutrient uptake. (2013) OECOLOGIA, doi: 10.1007/s00442-012-2575-6. 
  2. Joca, T. A. C, D. C. Oliveira, G. Zotz, U. Winkler, A. S. F. P. Moreira. The velamen of epiphytic orchids: Variation in structure and correlations with nutrient absorption. (2017) FLORA, doi: 10.1016/j.flora.2017.03.009
  3. Zotz Gerhard. Plants on Plants – The Biology of Vascular Epiphytes. (2016) Fascinating Life Sciences. ISBN 978-3-319-39237-0

2017 年泛知識節 早腦人必搶的早鳥優惠開跑啦!

「3 大領域 x 150 場分享、體驗、工作坊 x 200 個意見領袖 x 1000 個參與者」2017 年兩岸三地最大知識饗宴 – “泛・知識節" 早鳥票開賣啦!

由泛科知識旗下 PanSci 科學新聞網、 娛樂重擊 Punchline、PanX 泛科技新聞網聯合超強協力夥伴,邀你在兩天內火拼知識,替自己的大腦做個版本升級。11月 11&12 日到泛.知識節直搗知識核心,挑戰與創造未知 ∞ 種可能!手腳迅速,眼光精準的早腦人如你,還不速速搶下早鳥優惠及獨家周邊商品!(購票還贈 TAAZE 讀冊生活折價卷)

>>早鳥優惠只到 10/27<<

關於作者

活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia