为什么植物的茎粗大就耐旱（植物的茎能够逐年长粗的原因）

仙人掌是一种植物，也是墨西哥的国花。属于石竹目沙漠植物的一个科。为了适应沙漠的缺水气候，叶子演化成短短的小刺，以减少水份蒸发，亦能作阻止动物吞食的武器；茎演化为肥厚含水的形状；同时，它长出覆盖范围非常之大的根，用作下大雨时吸收最多的雨水，目前仙人掌科的植物将近有2000种。

仙人掌表面有层蜡质，叶子也进化成了针状，缩小了外表面积，从而减少了水分蒸腾。 仙人掌进化了肉质组织、蜡质皮肤和尖尖的刺，还有专业化的根系使它们在这种艰苦生态环境下能具备全部的生长优势。树干充当水库，根据其蓄水的多少可以进行膨胀和收缩，而上面的叶绿素代替了叶片进行光合作用。皮上的蜡质保护层可以保持湿气，减少水份流失。尖尖的刺可以防止口渴的动物把它当成免费饮料。 它们通常发展众多的浅根，只扎在地表下一点点，根系分布能扩展到它周围的几英尺，以尽可能地吸收水。 当下雨时，仙人掌会发出更多的根。当干旱时，它的根会枯萎、脱落以保存水份的供应。爱德华兹说：“仙人掌与水的结合比与它生长的土壤的结合更为密切。生长时，仙人掌冒着水份流失到土壤的风险，因此，它就不得不将自己与土壤分开。”但沙尘暴时，却容易被吹走。

耐旱型植物的原理机制

对于耐旱性植物来说，能够忍受长时间没有水的问题，就沙漠仙人掌 类植物来说，原产干旱或半干旱地区的仙人掌类植物，常具有在干旱季节休眠的特性，雨季来临时，它们迅速吸收水分重新生长，并开放出艳丽的花朵。它们的叶子变异成细长的刺或白毛，可以减弱强烈阳光对植株的危害，减少水分蒸发，同时还可以使湿气不断积聚凝成水珠，滴到地面被分布得很浅的根系所 吸收；茎秆变得粗大肥厚，具有棱肋，使它们的身 体伸缩自如，体内水分多时能迅速膨大，干旱缺水 时能够向内收缩，既保护了植株表皮，又有散热降 温的作用。气孔晚上开放，白天关闭，减少水分散 失。茎秆大多变成绿色，代替叶子进行光合作用， 制造食物。通常根系发达，具有很强的吸水能力。 正是这些形态结构与生理上的特性，使仙人掌类植 物具有惊人的抗旱能力。

这主要原因在于，原产热带和亚热带干旱少雨地区的仙人掌，在酷热干燥的恶劣环境下，锻炼出一副钢筋铁骨的体躯，成了天演淘汰中的优胜者。它的叶片变成了体积最小的针刺状，茎却变成了肉质的叶片状，代叶而营光合作用。这种变态茎的外层是甲胃模样的栅状组织，且外表皮光滑浓绿，茎内是富含胶质的海绵组织，是水分和养分的贮藏库，以备旱季的不时之需。

仙人掌的气孔隐藏在针刺基部的茸毛之中，在白天高温时紧闭气门，不许体内的水分蒸发掉。其光合作用所需的二氧化碳，不和一般植物一样，由气孔中吸入空气中的二氧化碳。因为它的体内有种特殊的生化机能，在较凉爽的夜晚，敞开气孔进行呼吸作用时，把要吐出的二氧化碳与体内的有机酸化合，变成一种特殊的含碳有机酸，在体内贮存起来，并释放新鲜氧气，其中还产生不少被人们誉为“空气维生素”的负氧离子，是个廉价的负氧离子发生器”，有益于人体健康，因此仙人掌是人们居室的好伙伴。

对它自身的光合作用来说，作用便更大了。它体内贮存的特种有机酸到白天时，便还原为原来的有机酸而释放二氧化碳，供光合作用所需，所以它能紧闭气孔营光合作用，制造碳水化合物供生长所需，并把水分的消耗控制在较少的境地。等到夜晚，凝聚在针刺上的露水下落至气孔，处的茸毛之中，慢慢地从气孔中渗人体内，以补充光合作用所消耗的水分。因此在长达数月的旱季，它能正常地生长发育，成为植物中的抗旱英模。

话要说回来，仙人掌虽具有耐旱的特殊功能，但水是一切生物的命脉，仙人掌也不能例外。在我们的盆栽实践中，久旱的仙人掌会出现黄甲现象，生长发育停滞不前，不但会失去往日的蓬勃生机，而且还难达到适时开花的目的，因此，适时浇以适量的肥水，仍是大有必要，但浇水切忌过量和过勤，否则也会招来烂根、黄甲的不良后果。尤其是在春夏多雨季节的室外盆栽仙人掌，必须搭棚防雨，否则便会因涝渍而九死一生。另外，仙人掌怕冷，冬天必须移人室内保温越冬，越冬时不必灌水，保持盆土微润即行；仙人掌的盆土必须多加些透水的煤渣灰和粗粒黄砂（用于水泥中的细砂），以利排水通畅。浇水不见排水时，必须及时松土，以防涝害。

那简单的讲就是因为其生理结构和外观的综合结果，综合主要有以下几点：

1、叶子变异成细长的刺或白毛以减少水分的蒸腾，减弱强烈阳光对植株的危害，还可使湿气不断积聚凝成水珠，滴到地面被分布得很浅的根系吸收；

2、茎秆粗大肥厚多汁、有发达的薄壁组织细胞，具棱肋，使其身体伸缩自如，体内水分多时能迅速膨大，干旱缺水时能向内收缩，既保护了植株表皮，又有散热降 温的作用。

3、茎的表皮有厚而硬的蜡质作为保护层，或生有密集的绒毛，保护它不受强光的照射，降低水份蒸发。

4、气孔晚上开放，白天关闭，减少水分散 失。

5、茎秆绿色，可代替叶子光合，制造食物。

6、根分支多，系统庞大，一遇降雨就会在表土长出许多新根大量吸水。它的大根有很厚的木栓组织保护，能在灼热的沙石上生活而不致死。

仙人掌科植物为什么能耐旱的原因：仙人掌科植物为了适应干旱的环境，叶子退化成针状，以减少水分蒸发，茎却肥厚多汁，表面还有厚而硬的蜡质保护，使它不受阳光的照射，再加上仙人掌科植物都有庞大的根系分支，可以汲取地下更多的水分。看到这儿，我不禁赞叹起仙人掌顽强的生命力来，它表面绿油油的，原来是内部的储水量多，甚至几个月不浇水都没关系。

为了适应干旱少雨的沙漠环境，在漫长的岁月里，仙人掌不断改变着自己的形态，叶子渐渐不见了，变成了根根肉刺或密密麻麻的茸毛，最大限度地减少水分蒸腾。仙人掌的叶子退化了，靠茎制造营养，而茎是绿色的，执行着叶子的功能，在阳光下进行光合作用。所以说仙人掌的刺是由叶子变来的。

仙人掌大多生长在干旱的环境里。有的呈柱形，高10多米，重量约两三万斤，巍然屹立，甚为壮观。一些长着棘刺的仙人球，有的寿命高达五百年以上，可长成直径两三米的巨球，人们劈开它的上部，挖食柔嫩多汁的茎肉解渴充饥。仙人掌类植物还有一种特殊的本领，在干旱季节，它可以不吃不喝地进入休眠状态，把体内的养料与水分的消耗降到最低程度。当雨季来临时，它们又非常敏感地“醒”过来，根系立刻活跃起来，大量吸收水分，使植株迅速生长并很快地开花结果。有些仙人掌类植物的根系变成胡萝卜状，可贮存七八十斤水分。曾经有人把一个仙人球包在干燥的纸袋里放了两年多，尽管有些皱缩，但一种到盆里，浇水后又很快长出了新根，并恢复生长。仙人掌以它那奇妙的结构，惊人的耐旱能力和顽强的生命力，受到人类的赏识。

仙人掌还有奇形怪状的茎，鲜艳的花。别看仙人掌的奇形怪状加上锐利的尖刺，使人望而生畏，但它们开出的花朵却分外娇艳，花色丰富多彩,和流苏般的花穗。如长鞭状的“月夜皇后”，开白色的大型花朵，直径达五六十厘米。被人们喻为“昙花一现”的昙花，就是原产中、南美洲热带森林中一种附生类型的仙人掌类植物。

仙人掌以花取胜还只是培养者宠爱它的一个原因，而形状、颜色各不相同的刺丛与绒毛也受到许多观赏者的喜爱。尤其是一些鲜红、金黄的刺丛与雪白的绒毛品种，更是千姿百态。难怪有人称它们为“ 有生命的工艺品”呢。

仙人掌光合作用的生理特性：景天酸代谢植物 （CAM-植物 "Crassulacean acid metabolism" (CAM)）属于C4类植物。代表性的植物有仙人掌, 凤梨和长寿花。

要在干旱热带地区生存下来，CAM-植物发展出一套生存策略，CO2-的固定将于卡尔文循环在时间上分开。这样就可以避免水分过快的流失,因为气孔只在夜间开放以摄取CO2。

纯粹的C4类植物对二氧化碳固定实行的是空间分离 (通过两种细胞类型实现, 叶肉细胞和维管束鞘细胞) 。而景天酸代谢植物则服从以下昼夜节律：

晚上: CO2吸收和固定于磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)。生成的草酰乙酸(OA)会被还原为苹果酸，并储存于细胞的液泡中。该过程中伴随有酸化，pH值降低在日间光反应里产生的还原物质也会在这里发挥作用。

日间: 在液泡里的酸性物质(主要是苹果酸，但也有天门冬氨酸)会被脱羧。释放的 CO2进入卡尔文循环。

CAM-植物必须准备足够的磷酸烯醇式丙酮酸以供夜间CO2固定使用。为此植物在日间储存淀粉，晚间它们将通过丙酮酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸。

CAM途径大概就是这样的，它实际上是把光合反应的前后分成了两个大步骤，一个在白天进行，也就是所谓的光反应阶段，在这一阶段，通过吸收光获能，电解水，放氧，产生还原力；然后晚上进行光合作用的后半步——C02的固定。

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