你了解“植硅体”吗?

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所属分类:百科知识2010年

微体古生物家族的新成员

  

   微体古生物家族的新成员——植物硅酸体,简称植硅体,是指高等植物的根系在吸收地下水的同时,吸收了一定量的可溶性二氧化硅,这些二氧化硅经过植物的输导组织输送到了茎、叶、花、果实等处,而后在植物细胞间和细胞内沉淀下来,形成非晶质二氧化硅颗粒。植硅体体积非常小,约为2~2000微米(绝大部分为5~200微米),但数目众多而且分布广泛,1克的禾本科植物叶子中就有10万~100万个植硅体。植物的各个部位都可以产生植硅体,其中叶片中产生的数量最大。

  植硅体的主要成分是二氧化硅(siO2),含量为67%~95%,其他成分包括水分(1%~12%)、有机碳(0.1%~6%)及钠、钾、钙、铁等微量元素。

  

  姿态各异

  

  影响植硅体形态的因素错综复杂,同一个植物体的不同器官和部位所产生的植硅体形态各不相同;不同植物种属可能产生相似形态的植硅体;同一植物体上的同一器官或部位在不同生长阶段所产生的植硅体类型也不尽相同。植硅体的形态主要依赖于原植物细胞的形态和细胞间隙,比如禾本科植物的表皮细胞有的长、有的短、还有的圆圆如泡,所以产生的植硅体也形态各异,其中短细胞硅酸体还是禾本科植物重要的分类标志。此外,植硅体形态还受生长环境的土质、水质以及埋藏过程中的溶蚀、热度等因素影响。在透射光下,植硅体会呈现出淡红色、无色、棕色、黑色等颜色。

  

  不与植物“同腐朽”

  

  由于植硅体具有耐腐蚀、抗高温的特性,可以在岩石和土壤中保存相当长的一段时间,所以在植物死亡或凋谢之后,植硅体可以返回到土层中很好地保存起来。在很难保存花粉和其他生物化石的地层及灰烬层中,植硅体也可以大量地保存下来。时间消蚀了植物,但沉积下来的植硅体却不会发生变化。由于它们在不同植物中的形态不同,所以当我们了解了植硅体的形态后,就可以反推出它所寄存过的植物是什么物种了。除此之外,硅酸体在植物体内时,还赋予它们抗病虫害及抗倒伏的“能力”,许多高度硅化的植物,其叶子和颖果对病原性真菌、反刍动物、昆虫及其他食草动物的摄食或袭击更具有抵抗力。

  

  成为植物考古的新方法

  

  在中国,对植硅体的研究是近20年~30年才开展起来的。近些年来,植硅体分析已在土壤、考古、古气候、古环境、地质学、植物起源研究以及农学等领域得到了非常广泛的应用。

  由于植硅体主要存在于植物的茎叶中,一般生长过该种植物的土壤,就会保存着相应的植硅体,所以植硅体具有鉴定植物种类的意义。因此,通过从土壤中分析出的硅酸体组合,可以判断这里曾经生长过什么植物,寻找古人种植作物的地点;从古人生活遗址的灰烬中分析出的硅酸体,可以判断古人用过什么植物做燃料。考古是目前对植硅体应用最广的领域之一。

  我国植硅体研究在考古学领域首先被应用于稻作农业的讨论上,包括水稻硅酸体的鉴定、亚种的判断等等。随后,根据植硅体进行古环境的复原工作也在逐渐开展。伴随着硅酸体技术在应用中的进一步深入,对于稻田的探寻,谷物的收割、加工、储藏方式等研究也逐渐展开。对我国原始农业的研究是考古学中的重要课题,其中稻作农业的起源之说一直都是研究的热点。考古界对于我国栽培稻的起源地之说一直争执不下,主要集中在华南、长江中下游、淮河中上游等地区。在具体的鉴定方法上,始终没有找到最合适的方法,在这种情况下,植硅体方法的介入,将会在一定程度上为我国稻作农业的研究提供更好的视角。

  

  比孢粉更可信

  

  植物是有机质,因此不是所有的植物组织器官都可以长期保存下来,而植硅体和孢粉是目前发现的除植物遗骸之外的两种有实际含义的古植物遗体。和孢粉相比,植硅体不易于搬运,不会飞扬到很远,受外来混杂成分的影响很小,属于一种原地沉积,在一定程度上更能代表当地的植被。在许多不含孢粉或其他微体化石的地层(如红土地层、黄土地层),植硅体也是可以存在的,这就在一定程度上显示了它与孢粉之间很好的互补性。此外,孢粉分析仅能从大尺度上展示古植被气候变迁的过程,对某些种属难以细致区别开来,对植被类型的恢复显得无能为力。

  植硅体研究是通过形态鉴定和确定组合带来划分地层的。到目前为止,对植硅体形态分类进行得较为系统的是禾本科植物。许多学者通过对现代植物进行的大量研究,在植硅体植被恢复方面得到了许多规律性的认识,并且在自然分类和生态分布研究的基础上开展了古植被、古环境研究。

  我国是从1989年开始将植硅体研究应用到地质学中的。植硅体应用于地质学的优势在于,它的碳同位素值与植物体中的碳同位素密切相关,而且地层中植硅体碳同位素值不受后来地质变化的影响。此外,它可以连续分布在各种地层中,这就为植硅体碳同位素的应用打下了基础,随着测年技术的提高,微小的植硅体样品年龄的测定就成为可能。

  

  植硅体在其他学科中的应用

  

  土壤中植硅体组合对了解栽培植物的传播途径、耕作制度的变迁以及土壤学知识都有一定的帮助。在植物学中,现代植物的植硅体碳同位素与现代c3、c4植物碳同位素值有很好的对应关系,通过植硅体的碳同位素研究,可以明确区分出植物光合作用的途径。

  在医学上也有应用植硅体的研究成果,主要体现在对食管癌、矽肺等病因的研究。食管癌与某些谷类富含尖锐的纤维状硅酸体有关。尖锐的纤维状硅酸体会刺激并积累于食道组织中,使其产生病变。据资料记载:伊朗东部及黑海沿岸一些国家食管癌患者的组织粘液中,硅酸体的含量是正常人的10倍;我国河南林县食管癌成为多发病,也与当地人习惯食用某些谷类的谷麸有关,这些谷麸中含有多达20%的硅酸体。甘蔗是含尖型硅酸体最多的植物之一,在甘蔗加工过程中产生的副产品会引起肺部病变(蔗渣肺),这也是由硅酸体所致。还有学者曾对英国谷物工人每年某段时期患肺病的数据进行研究,发现在甘蔗生长区有较多的矽肺病例。食物的某些尖状、纤维状植硅体很容易穿透食管组织的上皮细胞并留在细胞内,从而导致疾病的发生。

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