在干旱區(qū)，水資源匱乏是限制植物生存的關(guān)鍵因素。在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中，旱生植物逐漸演化出多種多樣的抗旱適應(yīng)機(jī)制，如仙人掌的儲(chǔ)水莖、復(fù)活草的“假死”技能、深根植物的地下水探測(cè)系統(tǒng)。然而，其中最普遍卻最易被忽視的，是那些肉眼難辨的“地下觸手”——根毛。這些直徑僅約10微米的根毛，比頭發(fā)絲還要纖細(xì)，卻是植物獲取資源的“微型吸管”。對(duì)旱生植物而言，它們更是關(guān)乎生死存亡的“戰(zhàn)略武器”。
2025年4月，我們團(tuán)隊(duì)（中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所植物功能適應(yīng)與重大工程區(qū)鄉(xiāng)土植被恢復(fù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)）通過(guò)對(duì)西南干旱河谷區(qū)進(jìn)行取樣分析，揭示了根毛在植株生長(zhǎng)過(guò)程中扮演的重要角色。
植物根毛區(qū)
（圖片來(lái)源：作者拍攝）
“環(huán)境感應(yīng)器”，自帶“晴雨表”
根毛是植物根系表皮細(xì)胞向外延伸的管狀細(xì)胞。根毛的發(fā)育因物種和環(huán)境的差異而不同，因此根毛性狀與根系覓食策略密切相關(guān)。在干旱、貧瘠的土壤環(huán)境中，植物往往通過(guò)形成更長(zhǎng)、更密集的根毛提高資源獲取效率。
西南干旱河谷是我國(guó)典型的生態(tài)脆弱區(qū)，由于焚風(fēng)效應(yīng)（濕潤(rùn)氣流越過(guò)山脈后，在背風(fēng)坡形成干熱風(fēng)）的影響，常年干旱。我們發(fā)現(xiàn)，在西南干旱河谷區(qū)95%的植物具有根毛結(jié)構(gòu)。而年降水量是影響根毛變化的關(guān)鍵因素，雨水多的時(shí)候，根毛就長(zhǎng)得密密麻麻的，這樣植物就能吸得更多；而雨水少的時(shí)候，根毛就少而精，效率顯著提升。這就好比植物在說(shuō)：“雨水多的時(shí)候，我得多長(zhǎng)些吸管來(lái)吸個(gè)夠；干旱來(lái)了，我就得節(jié)省支出，提高效率?！?/p>
西南干旱河谷“薩王納”植被
（圖片來(lái)源：作者拍攝）
“隨環(huán)境而變”，保證吸水充足
根毛是自然界的節(jié)能“工程師”，可以有效地提升資源吸收效率，同時(shí)維持較低的“投資成本”。在干旱河谷區(qū)，植物根毛能增加根系表面積高達(dá)1.8倍。在應(yīng)對(duì)水分脅迫時(shí)，植物通過(guò)增減根毛數(shù)量（而非延長(zhǎng)根毛）來(lái)調(diào)節(jié)吸水效率。而根毛形態(tài)主要取決于根系結(jié)構(gòu)形態(tài)，細(xì)根植物發(fā)育密集的短根毛，就像是在有限的空間里撒網(wǎng)捕魚一樣，能高效地捕獲資源；而粗根植物的根毛雖然數(shù)量不多，但長(zhǎng)得又粗又長(zhǎng)，就像是擴(kuò)大了捕魚的范圍，確保資源的高效利用。
干旱河谷代表性物種的根系橫切面
（圖片來(lái)源：作者自制）
面對(duì)干旱，渺小的根毛或許比高大的枝葉更具決定性。在干旱退化生態(tài)系統(tǒng)中，根毛密度成為植物爭(zhēng)奪水分的“秘密武器”。我們還發(fā)現(xiàn)，在干旱河谷地區(qū)常見(jiàn)的優(yōu)勢(shì)植物——如半灌木毛蓮蒿和亞菊，其根系表面發(fā)育密集的根毛網(wǎng)絡(luò)。這些微米級(jí)的“吸管”能迅速捕捉土壤中稀缺的水分，甚至在降雨后的幾分鐘內(nèi)迅速啟動(dòng)吸水功能，搶占生存先機(jī)
干旱河谷優(yōu)勢(shì)物種
（圖片來(lái)源：inatualist）
“地下智者”，從根毛中汲取生態(tài)智慧
根毛的增減影響一顆植株的生長(zhǎng)，也關(guān)乎整個(gè)物種的存續(xù)，旱生植物用最樸素的邏輯詮釋了適應(yīng)之道，那就是選擇調(diào)整自身以適應(yīng)環(huán)境。
毛蓮蒿、亞菊這類“根毛策略家”為生態(tài)修復(fù)提供了新思路，即優(yōu)先選擇高根毛密度的物種，可顯著提升植被恢復(fù)的成功率。未來(lái)，通過(guò)篩選或育種強(qiáng)化這一特性，或許能培育出更能適應(yīng)極端環(huán)境的“生態(tài)修復(fù)特種兵”。在應(yīng)對(duì)全球水資源短缺的挑戰(zhàn)時(shí)，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也可以從這些抗旱植物中汲取寶貴的經(jīng)驗(yàn)。例如，通過(guò)優(yōu)化根系結(jié)構(gòu)來(lái)提高水分利用效率，培育根毛密集型的農(nóng)作物。
從微觀的根毛調(diào)控到宏觀的物種分布，旱生植物用長(zhǎng)達(dá)1億年的進(jìn)化歷程向我們揭示：生存的本質(zhì)不是對(duì)抗匱乏，而是學(xué)會(huì)高效利用。當(dāng)水資源危機(jī)成為全球命題，這些“綠色智者”的生存智慧正變得愈發(fā)珍貴，在即將到來(lái)的時(shí)代，我們或許都需學(xué)會(huì)像它們一樣，以最優(yōu)雅的姿態(tài)，活出最極致的效率。
出品：科普中國(guó)
作者：楊雨（中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所）
監(jiān)制：中國(guó)科普博覽
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