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天津市民族中学开展学校科普日活动,旨在大力弘扬教育家精神,实施“双驱引领”下的科学教育。通过广泛传播科学知识、弘扬科学精神,激发学生崇尚科学、探索未知的兴趣,营造讲科学、爱科学、学科学、用科学的氛围。
学校将在科普日面向全校师生推广科普知识。学生和家长通过关注学校微信公众号,可以了解学校在每期科普日推送的科普内容或活动。在后续的科普日活动中,学校还将组织学生开展现场活动,助力学生科学思维的发展和科学探究能力的提升。
本期科普日由学校生物学科教师祁红颖讲述植物落叶——适应环境与物质循环生存智慧。
每到秋冬季节,公园里的梧桐树、杨树叶子会逐渐变黄、枯萎,然后一片片飘落,铺满地面;而松树、柏树等植物却能始终保持翠绿,很少落叶——植物为何会落叶?落叶并非简单的“枯萎凋零”,而是植物在长期进化中形成的适应环境的策略,既能帮助植物度过不利季节,又能实现物质的循环利用,背后藏着严谨的生物学机制。要理解这一过程,需从落叶的诱因、叶片脱落的生理机制以及落叶的生态意义入手,揭开植物落叶的生命奥秘。
展现秋冬季节落叶植物和常绿植物的对比
一、我们需要明确植物落叶的主要诱因——环境变化,尤其是温度降低和光照减少。随着秋冬季节来临,气温逐渐下降,低温会影响植物的生理活动:植物细胞内的酶活性降低,光合作用和呼吸作用的效率下降,无法像温暖季节那样合成足够的有机物;同时,低温还可能导致植物细胞内的水分结冰,破坏细胞结构,造成损伤。此外,秋冬季节日照时间缩短,光照强度减弱,而光照是植物光合作用的能量来源,光照不足会进一步减少有机物的合成。对于阔叶植物来说,叶片面积较大,在低温、光照不足的环境下,不仅无法高效制造养分,反而会消耗植物体内储存的能量,还可能因蒸腾作用(叶片通过气孔散失水分)导致水分流失。因此,通过落叶减少叶片数量,成为这些植物保存能量、抵御寒冷干旱的重要手段。
二、植物落叶并非随机发生,而是通过精准的生理机制实现的,核心在于叶片与枝条连接处的“离层”形成。在叶片叶柄的基部,存在一个特殊的组织区域——离层区,该区域的细胞排列疏松,细胞壁较薄。当环境条件触发落叶信号(如低温、短日照)时,植物会启动“落叶程序”。
叶片离层结构(箭头标注细胞变化方向)
首先,离层区的细胞会逐渐停止合成新的物质,同时启动“水解酶”的活性,水解酶会分解细胞间的“果胶”(一种连接细胞的物质),使离层区的细胞之间失去连接,变得松散;其次,离层区靠近枝条一侧的细胞会逐渐木质化,形成一层“保护层”,防止叶片脱落时枝条内部的水分和养分流失,也避免病菌侵入;最后,当离层区的细胞连接完全断裂,叶片在重力或风力作用下,就会从枝条上脱落。
养分运输围观过程图
三、在叶片脱落前,植物还会进行“养分回收”,这是落叶过程中极具“智慧”的一步。叶片是植物进行光合作用的主要器官,含有大量的有机物(如糖类、蛋白质)和矿物质(如氮、磷、钾)。在落叶信号启动后,植物会将叶片中的可溶性有机物和矿物质通过筛管运输到枝条、根部等部位储存起来,待来年春天温度回升、新叶萌发时,再重新利用这些储存的养分。而叶片中无法回收的部分(如纤维素、木质素等结构物质),则会随着叶片脱落进入土壤。这一过程既减少了养分的浪费,又为植物来年生长储备了能量,体现了植物对资源的高效利用。
落叶的养分回收过程
(绿色线条表示养分流动路径)
不同植物的落叶方式存在差异,这与它们的适应策略有关。像梧桐树、杨树、柳树等植物,在秋冬季节会将所有叶片全部脱落,进入“休眠”状态,这类植物被称为“落叶植物”——全落叶能最大限度减少能量消耗和水分流失,帮助它们在寒冷、干旱的冬季存活;而松树、柏树、冬青等植物,叶片通常为针状或鳞片状,叶片表面有厚厚的蜡质层,能减少水分蒸发和低温伤害,它们不会在秋冬季节大量落叶,而是通过逐渐替换老叶(新叶长出后,老叶才脱落)的方式保持常绿,这类植物被称为“常绿植物”。不过,常绿植物并非不落叶,只是落叶时间不集中,全年都有少量老叶脱落,因此始终保持翠绿的外观。
四、落叶不仅对植物自身有重要意义,还能参与自然界的“物质循环”,对生态环境产生积极影响。脱落的叶片掉落在土壤表面,会逐渐被土壤中的微生物(如细菌、真菌)分解:微生物将叶片中的有机物分解成二氧化碳、水和无机盐,二氧化碳释放到空气中,可被植物重新吸收用于光合作用;无机盐则融入土壤中,成为植物生长所需的养分,被植物的根系吸收利用。这一过程实现了物质的“循环再生”,让叶片中的养分重新回到植物生长的循环中,同时也能改善土壤结构,增加土壤肥力,为其他生物(如土壤中的昆虫、小型无脊椎动物)提供食物和栖息环境。
落叶的生态循环
此外,落叶还能对土壤起到“保护作用”。秋冬季节,落叶覆盖在土壤表面,像一层“被子”一样,能减少土壤水分的蒸发,保持土壤湿润;同时,在寒冷天气下,落叶层能隔绝冷空气,降低土壤温度下降的速度,保护土壤中的根系和微生物免受冻害;到了雨季,落叶层还能减缓雨水对土壤的冲刷,防止水土流失。
从金黄的梧桐叶飘落,到松针的四季常青,植物落叶是适应环境的生存智慧,也是自然界物质循环的重要环节。深入理解植物落叶的生物学原理,能让我们更好地欣赏季节变化中的植物景观,同时认识到自然界中生物与环境的和谐共生关系——生命的智慧,就藏在这每一片落叶的悄然离去与养分回归之中。
加强科学教育 提升科学素养
科普知识问答
植物落叶的主要诱因是什么?
01
02
叶片脱落的核心生理机制与哪个结构有关?
落叶前植物会进行什么“智慧”操作?
03
04
落叶植物和常绿植物的落叶方式有何区别?
落叶对生态环境的一个重要作用是什么?
05

撰稿人:祁红颖
核稿人:沈建伟 关雪岩 周海燕
排版制作:魏佳
领导审核:刘芃 刘和葵












