“出淤泥而不染”——蓮自我清潔的秘密
2020年07月29日10:12

  來源:中科院之聲

  植物表皮蠟質

  角質層主要由角質和蠟質成分構成。大約4.5億年前,第一個水生植物正是由於進化生成了角質層,從而適應陸地環境轉變為陸地植物。

  植物表皮蠟質是覆蓋在陸地植物表面的一層白色晶狀物,是一種疏水有機混合物。表皮蠟質的形態學表型多種多樣,掃瞄電鏡下觀察發現,常見的形態主要包括絲狀、管狀、杆狀、平板狀、顆粒狀及片狀6種。而蓮葉的正面蠟質結構主要為不規則的顆粒狀,背面蠟質結構則為杆狀為主。

植物表皮蠟質(圖片來自網絡)
植物表皮蠟質(圖片來自網絡)
掃瞄電鏡下蓮葉表皮蠟質結構圖
掃瞄電鏡下蓮葉表皮蠟質結構圖

  “多功能”蠟質與“荷花效應”

  植物表皮蠟質作為植物應對外界環境變化的最外一層屏障,在應答外界非生物脅迫和生物脅迫等方面起著重要作用。表皮蠟質能夠抑製植物表面水分流失、保護植物免受病原菌侵害等,對植物生長髮育和適應外界環境有著重要意義。

  研究發現,表皮蠟質形成了疏水錶皮,從而使得蓮具有自我清潔作用,形成了著名的“荷花效應”的生化基礎。實驗表明,蠟質提取前,水珠能夠呈現完美球形立在蓮葉表面,隨其滾動能夠帶走汙染物顆粒;而蠟質提取後水珠則不能再立於蓮葉表面,蓮葉的自我清潔作用減弱。正是因為有了蠟質,蓮葉才能夠保持“出淤泥而不染”。

(張莉俊 攝)
(張莉俊 攝)
(張莉俊 攝)
(張莉俊 攝)

  蓮葉蠟質的提取和分離

  由於植物表皮蠟質主要由超長鏈脂肪酸及其衍生物包括烷烴、初級醇和酮類等化合物組成,故而可以利用有機溶劑氯仿或正己烷將其提取,即將隨機取樣的蓮葉放入氣相色譜專用瓶內,加入5毫升氯仿,振盪取樣瓶10-20秒,將提取液轉移至新的玻璃瓶,重複操作即可得到10毫升的蠟質提取液。

荷花效應圖
荷花效應圖
蓮葉表皮蠟質提取及分離流程圖(圖片來自網絡)
蓮葉表皮蠟質提取及分離流程圖(圖片來自網絡)

  採用薄層層析法可以將蓮葉表皮蠟質提取液成分分離開, 根據蠟質成分的不同,紫外分析儀下能觀察到多種顏色的條帶,將條帶刮下處理後在氣相色譜儀上即可分析出蠟質中的成分,條帶越豐富說明其蠟質成分相對複雜。

紫外分析儀下觀察蓮葉表皮蠟質後得到的條帶
紫外分析儀下觀察蓮葉表皮蠟質後得到的條帶

  植物表皮蠟質對於植物生長髮育和抵禦各種生物、非生物脅迫具有重要意義,同時在工業生產上也具有廣泛用途,可用於藥品、化妝品、紡織品、紙、蠟燭、油墨、潤滑劑等商品的製備。此外,植物蠟質經處理後還可用於水果表面打蠟,蠟在水果表面形成一層保護膜,不僅可以保護水果外皮,提高光澤度,還可以防止水果水分蒸發,保留水果鮮香。而且,打蠟後病菌也不容易侵入,可以防腐防蟲。植物蠟綠色環保,且具有可再生特性,可以廣泛地運用於眾多領域,比石蠟更具有市場優勢。

蠟質作用(圖片來自網絡)
蠟質作用(圖片來自網絡)

  來源:中國科學院武漢植物園

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