在青藏高原上，一颗聪明的树选择了躺平

今天小编分享的科学经验：在青藏高原上，一颗聪明的树选择了躺平，欢迎阅读。

以下文章来源于格致论道讲坛，作者杨永平

植物是非常聪明的，它一定给自己安排了双重保险。异交是它追求的，但是如果异交没有机会，自交也不错。

杨永平· 中国科学院西双版纳热带植物园主任、研究员

格致论道第74期 | 2021年11月20日昆明

大家好，我叫杨永平，来自中国科学院西双版纳热带植物园。很高兴今天可以和大家聊一聊高原植物的生存和繁衍的故事。

行走在高原，以植物为友

其实我和高原结缘是一个机缘巧合。我于1989年在昆明植物研究所获得硕士学位后，就加入了武素功老师的团队。武老师是一个"老青藏"，他在1990年担任青海可可西里科考的队长，我就这样跟着去了。

青海可可西里地区综合科学考察（1990.5.21-8.23）——第一次青藏高原科考的最后一章

这张照片中那个戴帽子的就是武老师，留着长头发的是当年的我。我特别幸运地赶上了第一次青藏科考的"末班车"。我当时很年轻，现在回想起来，上高原的时候，我都不记得有过高原反应的感觉。

68人，95天，12吉普+7卡车，12.5万公里，7.5万平方公里

我们当时的行程有90多天，整个行程都住在无人区帐篷里面。有一次营地的海拔是近5100米，那次我的感受就特别好。

2017年，国家启动第二次青藏科考，我是生态和生物分队的队长，也变成了戴帽子的老头。这是我在第一次科考过的格拉丹东冰川留下的一张照片。我晚上发了个朋友圈说：当年我二十五，今年我五十二。感慨的是什么，岁月易老，物是人非。

其实，我行走在高原的这三十多年，一路就是与植物同行、与植物为友。

这是一张青藏高原的卫星影像图，它是一个高耸的高原。全世界有14座海拔超过8000米的山峰，在喜马拉雅地区就有10座。可以看到，高原的东南角有个水汽通道，海拔相对要低些。青藏高原的海拔是从东南到西北逐步升高的。所以，在青藏高原的东南部是有森林的。随着水汽通道的减弱，就慢慢变成了草甸、草原和荒漠。

在纳木措的扎西岛上有很多柏树（上图左），它们真的是树，只不过是躺平的树。别看这些柏树躺平了，有科学家研究过，它们可是有四五百岁的年纪。此外在青藏高原还有灌丛、草原、草地。

这些是也能在西藏看到的高原湿地、高寒草甸，还有荒漠化灌丛等一些不同的植被。

我一直很庆幸，自己能够在年轻的时候走进高原，看到了很多很多高原的美景。蓝天、白云还有雪山、草地都是非常美丽的，经常令我魂牵梦绕。

我也拍了很多很多的照片。只要给我一个相机，我觉得自己在高原上永远都不会累。所以我和同事、学生也编了很多小册子科普读物，向人们介绍植物。

我和同事2013年去了冈仁波齐转山，两天走了48公里，最高海拔到达了5600米。回来以后，我们就把一路上拍到的植物编成了一本书《漫步自然生境》，就是冈仁波齐的植物篇。

因为走了很多地方，也看了很多的植物，所以今天我跟大家聊一聊，高原植物在高原是怎么生存的。

高原植物御寒之道

高处不胜寒，高原上的核心的问题就是低温、寒冷。植物在这个地方都会遇到同样的问题，比如温度很低、昼夜温差很大等等。特别是面临着晚上温度都是零下、地表的温度和空气中的温度相差特别大的问题。植物是怎么解决这个问题的呢？

塔黄（蓼科）

塔黄生长在高原4000米以上的一些流石滩和草甸里面。和其他同类植物比较起来，塔黄鹤立鸡群。为什么它长得那么高，别人长五六十厘米，它却能长到2米多？这是因为它给自己搭了一个温室。图中黄色的高高的部分，就是塔黄给自己的花序盖的一个非常厉害的温室。黄色部分是变态的叶子，而且每一片都非常精致。有了这个温室，塔黄就具备了所有遮风挡雨、防紫外的功能。

温室里面的温度比较高，在大冷天还有个温室可待，所以帮塔黄传粉的昆虫就非常高兴。因此，塔黄和昆虫之间构建了一个很好的关系：昆虫帮塔黄传粉，传粉的昆虫则会在花序里面产卵。

水黄（蓼科）

上图展示的是水黄。它生活在海拔低一些的地方，对环境的要求没有那么苛刻，所以它盖的温室要差一点，但是一样可以遮风挡雨防紫外。

水母雪兔子（菊科）

这是雪兔子。雪兔子不会自己盖温室，但是它有给自己做件"毛绒绒的羽绒服"穿的本事。这个"羽绒服"同样具备防水、防风、保暖等功能。

这是青藏高原的柳树，它的花序和平原上的柳树是一样的。这个植物非常聪明，它不愿意长高，就铺在地上。因为地面的温度远比空气的温度高很多，而且长矮一点儿就不会招风，树大才招风嘛。

秀丽水柏枝（柽柳科）

如果你去过阿里、特别是去过昆莎机场边上，你一定会记得这里有一片红柳滩。它是一种高原上的植物，叫秀丽水柏枝。其实，高原上还有一个跟它同类的植物，它比秀丽水柏枝聪明，所以会生活在更高的地方。

匍匐水柏枝（柽柳科）

大家能想象上图中是一棵树吗？它就是一棵被压得扁平的树，其实开花时还挺漂亮。它很聪明，所以不愿意长高，是贴地生长的。

变色锦鸡儿（豆科）

这是在阿里地区是比较常见的植物，叫变色锦鸡儿。它是一种灌丛，也是铺地生长的。

垫状点地梅（报春花科）

接下来讲一讲草本植物。这是青藏高原开花最早的植物之一，叫垫状点地梅。五月份去高原的时候有机会看它，等到七八月份的时候它就已经结果了。它也是一种长成垫状的植物。

囊种草（石竹科）

我拍上面这张照片的地方海拔是5600米，大家可能会觉得照片中的植物是苔藓。但如果再仔细看，其实它是有花有果的。

囊种草的花和果

它是石竹科的植物，叫囊种草。它开的是白色的花，结的果像小玉米粒一样。

所以，生长在高处的植物要解决温度问题的话，其实让自己长得矮一点儿就行了，浓缩的才是精华。

这张照片大家能看见什么？能看见羊粪，是吧？那真是羊粪，但我们要看的，是边上那个特别小的红色的植物。

冰岛蓼（蓼科）

它叫冰岛蓼，特别聪明。它在北极地区生长的时候，从种子到开花需要历时35天；但它在高原上生长的时候，这个时间会稍微长一些，大约是2个月。它会选择一个水热条件最好的时间来开花、结果，然后完成自己该做的事情。总之，为了适应低温，植物可以给自己建个温室、穿件羽绒服；因为地面比较暖和，它还可以把自己变得很矮小来贴地、防风；更聪明的它还可以选择最好的季节来完成自己的生长史。这些策略都是植物对低温的响应。

高原植物抗旱之道

对高原植物而言，另外一个很重要的问题就是干旱。干旱有多种情况，第一种情况是老天不下雨，所以地下没水喝；第二种情况是，冻土层的水以冰的形式存在，所以没法用；还有一种情况是，由于晚上的气温已经是零下了，所以植物无法利用这种结冰的水，面临着生理干旱的问题。那么，植物如何解决干旱的问题呢？

因为叶子上面有很多的气孔，蒸腾作用会让水分散失掉。所以植物的一种抗旱方式就是不要叶子，让自己变成"光棍"。如果去珠峰大本营，你会看到一丛丛的麻黄。这种植物特别聪明，它的叶子完全退化了，所以就靠茎秆来进行光合作用。

像金露梅这种植物，它所有叶子上面都有一层厚厚的蜡质，它能通过这个蜡质来防止水分蒸发。

还有一些聪明的植物会利用绒毛遮挡气孔，以减少水分的蒸发。

这是红景天，它对水分的利用就完全是另一回事。

它的叶子是肉乎乎的，可以在降水的时候把水分储起来，等到需要的时候再用。它是通过这个方法来解决干旱的问题。

这个植物就没有那么聪明，长得也不太好看。但是它在整个青藏高原的分布是最广的，是高寒草原里面的建群种，它叫紫花针茅。

油菜或者小麦的叶子是长开的，但紫花针茅不是，它的叶子完全是卷起来的，通过内卷防止水分的蒸散。所以紫花针茅能够成为高原里面的主角，高寒草原基本就是它的天下。

还有一些植物比较聪明，比如高山嵩草，它生长在水热条件比较好的高寒草甸里面。它在地上的部分很少，可是它把物质全部投到根上。所以它能喝别人喝不到的水。为什么？因为它的根系能够扎到两三米的地方。所以，植物要解决水分的时候也有一套自己的方法。第一，要节流，即通过蜡质、叶子来解决水分浪费的问题；第二，要开源。要喝别人喝不到的水，还要把水储起来。通过这种方法，它们得以在高原上生存。

高原植物的繁衍之道

我们都知道，所有的生命一生中都面临着两个问题。第一是要活下来，要生存；第二是要繁衍下去，要传宗接代。高原上的植物要实现传宗接代是很困难的，为什么呢？其一是植物要在这个地方活下来本身就不容易，其二则是传粉昆虫特别少。那么，高原上的植物是怎么解决这些问题的？

昆虫少，没有点"颜值"就竞争不过

去过高原的人知道，尤其是在横断山区，那里的植物开花开得特别漂亮。我经常开玩笑，要是植物开花开得不漂亮、颜值不够的话，昆虫是不会来的。所以在高原上植物要竞相开花"拼颜值"。只有颜值高了，昆虫来传粉的机会才就多了。

大家再看这两排高原上的花，它们有什么不同？你一定会发现，上面这一排植物是朝上开花的，下面这一排植物则是朝下开花。在高原上一个很小的范围内，就能看到朝上和朝下的开花方式。当时我们团队在野外工作的时候，就提出了一个问题：这是为什么呢？

我们当时建立了一个假设：朝上开的花就像我不怕晒的脸一样，因为已经很黑了，所以紫外线再晒一点也没事儿；而朝下开的花就像美女的脸一样，晒不得。

于是，我们就采了很多的花粉，然后在紫外灯底下来看这些花粉是怎么萌发的。所得到的结果证明了我们的猜想：朝上开花的植物的花粉能抵抗紫外线，朝下的就不行了。所以不同的物种有不同的适应能力。

铃铛子（Anisodus luridus）：花梗的180度大转弯

这是茄科植物，叫铃铛子。大家注意看，这个植物开花的时候是朝下的，而且能够看见传粉昆虫。但是有意思的是，它在传完粉以后就会转一个身，变成直立的模样。铃铛子直立后，我们经常看到果萼内有半杯水。那么，这半杯水有没有什么作用呢？我们做了一个试验，把部分果萼内的水放掉，然后测量温度。我们发现，这半杯水到了傍晚的时候，它的温度就会慢慢下降。但如果果萼内只有空气、没有水，果实降温就会降得很快。水在这里会起到一个更好的保温作用，能够促进胚珠发育、提高结籽率。所以它转个身其实是大有好处的。

麻花艽（Gentiana straminea）："好花要长开"与"见好就收"

这个植物叫麻花艽，是龙胆科的植物。它的有趣点在于，它在高原上最能感受到空气的变化。不管下不下雨，温度一变化，它就会开始闭合；等温度升高了以后，它就会张开来接待昆虫来传粉。但是，它一旦授粉了以后，就会永久性闭合，再也不开了。所以植物能通过延长开放的时间，长期地保护自己。前面讲了在高原上植物开花的问题，接下来我们讲一讲植物的有性和无性繁殖：如果是有性繁殖，植物就需要传粉；而无性繁殖就是克隆生长。

珠芽蓼(蓼科)

有一种植物叫珠芽蓼，我在2007年的时候带着学生到黄河源头牛头碑科考时问了一个问题：珠芽蓼花序下面的是结珠芽，这个珠芽掉下来就可以长成一棵植物；上面开着一点儿花，花是需要传粉以后才能结种子的。如果资源不够的时候，它是开花好，还是长珠芽好呢？

后面我们到了青海的尕朵觉悟后，就有个学生开始做这种统计。我们统计了很多珠芽蓼，结果发现，植物在有性生殖和无性生殖的时候，会把最后的物质和能量投给开花，投给有性生殖。这是其中一种植物的选择。

蕨麻（蔷薇科）

在高原上还有种植物叫蕨麻，去吃过藏餐的人都知道，这叫人参果。它在开拓地盘的时候是克隆生长的，长得特别快，密密麻麻的。但是它一旦占下了地盘以后，就会开始开花，通过有性生殖来实现优生。

自交or异交？植物的的繁殖偏好

植物既可以自交，也可以异交，那么它们是怎么选择的呢？

左：扁蕾(Gentianopsis barbata)

右：湿生扁蕾（G. paludosa）

我们再讲一个故事。这是两种扁蕾，是龙胆科的植物。其实，这两种扁蕾是可以互相交配的。但是为了避免种间杂交，所以它们就有个约定：你开花的时候我不开。即二者的开花时间是分开的。

延迟自交：把自交作为繁殖保障的最后选择

大家看这组照片，在最左侧刚开始开花时，花中黄色的雄蕊在下面，柱头在上面。这是什么情况呢？它是在等着昆虫把别的花粉传到它的柱头上去。

但是，这种等待有可能是没有希望的，昆虫可能不会来。于是，它的雄蕊就会一点一点往上长，长到能够到够到柱头的高度。虽然它一直在等着别人来传粉，但是如果别人不来，它就自己传粉了。所以，它通过延迟自交实现了这个过程。

"与众不同"的花型，即可熊蜂传粉，也兼有风媒传粉

这个露蕊乌头也很聪明。它准备了两套花粉，圆型的花粉是留给传粉者的，如果昆虫来了就会把这种圆形花粉带走。如果昆虫不来，它就会采用第二套方案——梭形的花粉是可以通过风媒传粉的。这种植物一直在追求异交，但是如果昆虫不来，它就只能通过风媒传粉了。

自交：总比没有好（betterthan nothing）

这是夏枯草，在这个居群里面你会看到有开大花的类型，也有开小花的类型。它在开大花的时候会产生花蜜，是靠昆虫来传粉的。但是开小花的时候，特别是在昆虫特别少的时候，它就通过自花授粉。它的结构就可以做到这样。

我觉得植物是非常聪明的，它是赌不起的。所以它一定会给自己安排双重保险：异交是它追求的，但是如果异交没有机会，自交也不错。

植物适应高原的分子机制研究

前面跟大家讲的故事，都是我们的观察研究，特别是传粉这一部分都是我们团队做的工作。其实我们也在试图回答为什么。我们团队现在正在研究高原里面的一种作物，它叫芫根。通过对芫根的研究，结合分子生物学、基因组学这方面的研究，我们不仅希望做到从表象上理解为什么高原植物的适应，更期盼能够在机理上解析它为什么适应高原。