从土壤中抢水的根

你首先能想到的可能是植物的根系要强，要扎得足够深，殊不知，土壤不是水池，干旱的土壤就更不是了。相对于那些泡在大海里的海藻，在陆地上的植物都算得上是掘取水分的精英了。

土壤不是培养液，通常湿润土壤的含水量仅为20%左右。从中汲水并非易事。我们都知道，腌咸菜时，萝卜青菜的水分会被粗盐或者盐水“榨”出来，变成菜干，盐水越浓，脱水效果也越明显。

植物吸水也是用同样招数，根系变成了“盐水”，从“清淡”一些的土壤里夺取水分。夺取水分能力的高低直接决定了植物的抗旱能力，而这种能力又是由根系中细胞溶液的浓度决定的。只不过，根系提高浓度不是靠盐，而是氨基酸、甜菜碱和甘露糖等物质，要不我们就只能吃“咸菜”了。科学家已经找到了，掌控脯氨酸积累的基因。脯氨酸具有很高的水溶性, 可以保护细胞膜系统, 维持胞内酶的结构, 减少胞内蛋白质的降解, 脯氨酸的积累可以防止氮素的流失, 而且不会产生毒副作用。通过人工选择那些可以适量产生脯氨酸的作物品种，对于根系吸水大有裨益。实际上，这项指标已经应用在小麦的育种工作中了。

不畏干旱的绿叶

持久的干旱带来的不光是根系的干渴，还有每天强烈的光照。虽说光合作用离不开阳光，但是过于强烈的光照也会晒伤叶子。本来太阳光跟叶绿体一起加工出氧气是个和谐的过程，可是有时候，有些光线和氧气凑在一堆就搞起了破坏——通常来说氧分子所携带的电子都是成对出现，但是在阳光的作用下，氧分子的电子对会被拆散，从而形成带单个电子的超氧离子（自由基）。这些家伙很不安分，它们会抢夺周围分子的电子，从而破坏叶绿体和细胞膜的结构。特别是在强光下，这种效应尤为明显。这样就需要超氧化物岐化酶（就是我们平常所说的SOD）来收拾局面了，它会连同过氧化物酶一起，把自由基变成无害的水和氧气。虽然，我们无法得知混在化妆品里，抹在脸上的SOD是不是同样敬业，但是叶片中多安排点SOD确实对于烈日下的农作物有保护作用。

当然了，除了SOD酶，叶片上的结构对于保存水分也是至关重要的。叶片看起来就像是一块湿毛巾，每个部分都在丧失水分。实际上，叶片的表皮就像保鲜膜一样能包住水分，不让它们逃离。而叶片上有很多专门的水分通道，那就是气孔，绝大多数水分是通过这些大门，跑到空气中去的。而耐旱作物叶片上的气孔密度比较小，加上它们的表皮普遍比较厚，加上蜡质层的保护，就像把水分放进了保险箱。

常见景天科耐寒植物，石莲花（所以你知道养多肉植物的秘诀了吧——少！浇！水！）图片来源：www.flickr.com

另外，还有一些在干旱地区生活的植物（比如景天科植物），它们的气孔通常只在夜间开放，将二氧化碳吸收并储存起来。白天时再慢慢释放出这些二氧化碳，进行光合作用。有了这样的叶片，耐寒植物就不愁在干旱条件下继续吸收阳光进行光合作用了。

抗旱植物的龟息大法

随着干旱的持续，即使吸水强悍的根系都无法汲取水分的时候，脱水已经不可逆转，皱缩的膜结构可能会扯破，失去水分结合的蛋白质也可能开溜，从而造成永久性的损伤。不过，抗旱作物还可以玩“龟息大法”——一种被称为Lea的特殊蛋白质能跟其他不同的功能性蛋白质发生结合，指挥它们坚守在各自的岗位上，直到再次获得足够的水分。

还有更为神奇的耐旱植物，那就是在民间被称为“九死还魂草”的卷柏。之所以叫这个名字，是因为在干旱季节它们能抛弃体内70%以上的水分，一旦雨水降临，就立马回复绿意和生机，就像变戏法一样。虽然，抗干旱的功夫了得，但是这种植物却不是什么与尘世隔绝的仙草，在很多山头上都有它们的身影。

抗旱植物卷柏，图片来源：www.flickr.com

之所以能抗干旱，是因为这些草（确切地讲是蕨类植物）的细胞里可以生产抵御干旱的物质——海藻糖（由两个葡萄糖分子合成）。不管是动物还是植物细胞内都有一个微小的水环境，各种细胞器、蛋白质都漂浮其间，就像水草、金鱼漂浮在水族箱里一样。一旦脱水，里面的东西自然挤成一团，那生产代谢工作的流水线就完全被破坏，细胞也难逃死亡的厄运。而卷柏的海藻糖，正是帮助它们的细胞在脱水时维持较为稳定“流水线”的结构，以等待甘霖降落。

顺便说一句，不光是卷柏，有些动物也有类似的绝招。生活在非洲的一种摇蚊的幼虫也能在体内合成海藻糖，从而抵抗干旱，甚至能以这种状态在宇宙真空条件下生存至少一年。

在了解植物这些抗旱的能力之后，我们就可以用各种育种方法，将那些优秀的基因引入我们的作物，让更多干旱荒山变成绿洲良田将不再是神笔马良式的奇想。

抗旱作物明星——高粱

图片来源：bloggingfoodforthought.blogspot.com

高粱是公认的耐旱能力最强的作物之一。在生长期内，每株高粱的耗水量仅为1.53千克，而同样被认为抗旱的玉米则需要2.32千克。这种从非洲来的禾本科植物之所以如此抗旱，是因为有几手绝活。

第一招，异常强悍的根系。高粱的根系十分发达，不仅根系长，而且生长速度很快，所以可以占据很大提及的土壤，这样的根系系统可使植物充分吸收利用贮存在土壤中的水分。

第二招，高梁的叶片气孔阻力和蒸腾量适应了土壤水分亏缺 ，也就是说叶片可以帮助高粱保存尽可能多的水分。高粱叶片还具有发育良好的蜡质层，通过提高对光辐射的反射率以降低蒸腾。

第三招，高粱在完全达到凋萎前其细胞壁具有伸缩性，可以调节失水速率，同时高粱还可以延长叶片绿叶期，延缓衰老，从而了延长生长期。

这些强悍的能力造就了高粱，目前它已经成为重要的旱区作物。在生物能源日益发达的今天，高粱已经不仅仅是抵御饥荒的粮食，或者饲料的来源。它们还为生物能源的生产提供了极佳物质基础。