滿江紅屬(學名:Azolla)是槐葉蘋科的一個屬,原屬滿江紅科,現存七種水生蕨類植物。這些植物形態極其簡單,與其他蕨類植物相去甚遠,更像浮萍或苔蘚植物。
形態特征
通常為小型漂浮水生蕨類。根狀莖細弱,有明顯直立或呈之字形的主干,易折斷,綠色,有原始管狀中柱,側枝腋生或腋外生,呈羽狀分枝,或假二歧分枝,通常橫臥漂浮于水面,或在水淺時或植株生長密集的情況下,則呈蓮座狀生長,莖則挺立向上,可高出水面3-5厘米。葉無柄,成兩列互生于莖上,覆瓦狀排列,每個葉片深裂而分為背腹兩部份,在上面的裂片稱背裂片,浮在水面上,長圓形或卵狀,中部略內凹,上面密被瘤狀突起,綠色,肉質,基部肥厚,下表面隆起,形成空腔,叫共生腔,腔內寄生著能固氮的魚腥藻;腹裂片近似貝殼狀,膜質,覆瓦狀緊密排列,透明,無色,或近基部處呈粉紅色,略增厚,沉于水下,主要起浮載作用,若植物體處于直立生長狀態,則腹裂片向背裂片形態轉化,具有和背裂片同樣的光合作用功能,葉片內的花青素會由于外界溫度的影響,會由綠色變為紅色或黃色。孢子果有大小兩種,多為雙生,少為4個簇生于莖的下面分枝處;大孢子果體積遠比小孢子果小,位于小孢子果下面,幼小時被孢子葉所包被,長圓錐形,外面被果壁包裹著,內藏一個大孢子,頂部有帽狀物覆蓋,成熟時帽脫落,露出被一圈纖毛圍著的漏斗狀開口,精子經由開口進入受精,漏斗狀開口下面的孢子囊體上,圍著3-9個無色海綿狀所謂浮膘的附屬物,浮載著整個孢子囊體漂浮水上等待受精,以及受精后孢子體幼苗階段的發育;小孢子果體積是大孢子果的4-6倍,呈球形或桃狀,頂部有喙狀突起,外壁薄而透明,內含多數小孢子囊,小孢子囊球形,有長柄,每個小孢子囊內有64個小孢子,分別著生在5-8個無色透明的泡膠塊上,泡膠塊表面有因種類不同而有各種形狀的附屬物,這些附屬物幫助泡膠塊固定于大孢子囊體上,便于精子進入大孢子囊進行受精;大小孢子均為圓形,三裂縫。
生態
滿江紅屬的植物在濕地、淡水湖泊和溝渠中被認為是一種入侵植物,可以大幅改變水生態系統和生物多樣性。滿江紅是一種高產植物,根據生長條件不同,它的生物量可以在短短1.9天內翻倍,亞洲稻田中的產量可達8-10噸/公頃。據報道,印度的滿江紅每公頃鮮重可達37.8噸(干重2.78噸)。滿江紅通過其根在水面上漂浮,與一種名為阿氏藻的藍藻形成共生關系,后者是一種固氮細菌。滿江紅的生長典型限制因子是磷,因此磷的豐富——例如由于富營養化或化學物質流入——通常會導致滿江紅大量繁殖。滿江紅的共生微生物可以直接從一代傳遞到下一代,這在所有已知的植物中是獨一無二的。滿江紅的固氮能力使其被廣泛用作生物肥料,特別是在東南亞一些地區。滿江紅已經被用于增加中國農田的農業生產力一千多年。當稻田在春季被淹時,可以種植滿江紅,然后迅速繁殖覆蓋水面,抑制雜草。滿江紅枯死后腐爛的植物材料會釋放氮進入水中,為稻谷提供每公頃高達九噸的蛋白質。
滿江紅在世界許多地方都是雜草,完全覆蓋了一些水域。關于沒有蚊子能穿透蕨類覆蓋層在水中產卵的傳說,使得這種植物得到了“蚊子蕨”的常用名,并可能阻止了一些蚊子幼蟲的存活。大多數滿江紅種類在受到各種壓力時可以產生大量的脫氧花青素,包括強烈的陽光和極端溫度,使水面看起來像被一層栗色的地毯覆蓋。食草動物的進食會導致脫氧花青素的積累,并導致葉片中多不飽和脂肪酸的比例降低,從而降低了它們的口感和營養價值。
滿江紅不能在長時間凍結的冬季生存,因此通常在高緯度作為觀賞植物栽培,無法牢固地成為雜草。它也不耐鹽度;普通植物在大于1-1.6‰的鹽度下無法生存,即使是適應的生物在鹽度超過5.5‰的水中也會死亡。
滿江紅通過有性和無性繁殖。像所有的蕨類植物一樣,有性繁殖會導致孢子的形成,但與這個群體的其他成員不同,滿江紅是異孢子的,產生兩種不同的孢子。在夏季,許多球形結構稱為孢囊形成在分枝的下側。雄孢囊呈綠色或紅色,看起來像昆蟲或蜘蛛的卵塊。它直徑兩毫米,帶有許多雄孢子囊。雄孢子(微孢子)非常小,產生在每個微孢子囊內。微孢子傾向于聚集成團,稱為小塊。雌孢囊要小得多,含有一個孢子囊和一個功能孢子。由于單個雌孢子比單個雄孢子大得多,所以被稱為大孢子。
滿江紅有微小的雄性和雌性配子體,它們在雄性和雌性孢子內部發育。雌性配子體從大孢子中伸出,并帶有少量的卵器,每個卵器含有一個卵。雄孢子形成一個帶有單個雄蕊的雄性配子體,產生八個游動的精子。雄孢子團上的倒鉤使它們附著在雌性大孢子上,從而促進受精。
除了作為濕地稻田的傳統生物肥料外,滿江紅越來越多地被用于可持續生產家畜飼料。滿江紅富含蛋白質、必需氨基酸、維生素和礦物質。研究表明,將滿江紅喂給奶牛、豬、鴨和雞,可以增加牛奶產量、肉雞體重和蛋產量,與傳統飼料相比。一項聯合國糧食及農業組織的研究描述了滿江紅如何融入熱帶生物質農業系統,減少了對食品補充劑的需求。人們對生物放大的擔憂存在,因為這種植物可能含有神經毒素BMAA,而食用它的動物體內可能仍然存在BMAA,并且已有文獻證明BMAA會在食物鏈中傳遞。滿江紅曾被提議作為人類食用的食物,但尚未對人類食用滿江紅的安全性進行長期研究。先前的研究將神經毒素的產生歸因于阿氏藻,這也是一種固氮藍藻。可能需要進一步的研究來確定A. azollae是否產生神經毒素。
滿江紅在稻田中被用作伴生植物,以固氮和阻擋光線,防止其他植物的競爭。稻谷在長到足夠高時種植,可以穿過滿江紅層。成熟的滿江紅墊也可以用作抑制雜草的覆蓋物。
滿江紅已經被用于控制稻田中的蚊子幼蟲。植物在水面上形成厚厚的墊,使幼蟲更難以到達水面呼吸,有效地使幼蟲窒息。
滿江紅已被提議作為一種碳封存方式。這個提議基于滿江紅事件的假設,聲稱滿江紅曾經覆蓋了北極,然后沉沒,永久封存了本應導致行星溫室效應的碳,結束了一個比21世紀平均溫度高12-15°C(22-27°F)的變暖事件。滿江紅對降低大氣CO2水平做出了重要貢獻。
這種蕨類已經被引入到世界其他地區,包括英國,在一些地區已經成為害蟲。作為一種名義上的熱帶植物,它已經適應了更冷的氣候。它可以形成厚達30厘米的墊,覆蓋水面的100%,阻止當地的昆蟲和兩棲動物到達水面。
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