“出淤泥而不染”——莲自我清洁的秘密

“出淤泥而不染”——莲自我清洁的秘密
2020年07月29日 10:12 新浪科技综合

  来源:中科院之声

  植物表皮蜡质

  角质层主要由角质和蜡质成分构成。大约4.5亿年前,第一个水生植物正是由于进化生成了角质层,从而适应陆地环境转变为陆地植物。

  植物表皮蜡质是覆盖在陆地植物表面的一层白色晶状物,是一种疏水有机混合物。表皮蜡质的形态学表型多种多样,扫描电镜下观察发现,常见的形态主要包括丝状、管状、杆状、平板状、颗粒状及片状6种。而莲叶的正面蜡质结构主要为不规则的颗粒状,背面蜡质结构则为杆状为主。

植物表皮蜡质(图片来自网络)植物表皮蜡质(图片来自网络
扫描电镜下莲叶表皮蜡质结构图扫描电镜下莲叶表皮蜡质结构图

  “多功能”蜡质与“荷花效应”

  植物表皮蜡质作为植物应对外界环境变化的最外一层屏障,在应答外界非生物胁迫和生物胁迫等方面起着重要作用。表皮蜡质能够抑制植物表面水分流失、保护植物免受病原菌侵害等,对植物生长发育和适应外界环境有着重要意义。

  研究发现,表皮蜡质形成了疏水表皮,从而使得莲具有自我清洁作用,形成了著名的“荷花效应”的生化基础。实验表明,蜡质提取前,水珠能够呈现完美球形立在莲叶表面,随其滚动能够带走污染物颗粒;而蜡质提取后水珠则不能再立于莲叶表面,莲叶的自我清洁作用减弱。正是因为有了蜡质,莲叶才能够保持“出淤泥而不染”。

(张莉俊 摄)(张莉俊 摄)
(张莉俊 摄)(张莉俊 摄)

  莲叶蜡质的提取和分离

  由于植物表皮蜡质主要由超长链脂肪酸及其衍生物包括烷烃、初级醇和酮类等化合物组成,故而可以利用有机溶剂氯仿或正己烷将其提取,即将随机取样的莲叶放入气相色谱专用瓶内,加入5毫升氯仿,振荡取样瓶10-20秒,将提取液转移至新的玻璃瓶,重复操作即可得到10毫升的蜡质提取液。

荷花效应图荷花效应图
莲叶表皮蜡质提取及分离流程图(图片来自网络)莲叶表皮蜡质提取及分离流程图图片来自网络

  采用薄层层析法可以将莲叶表皮蜡质提取液成分分离开, 根据蜡质成分的不同,紫外分析仪下能观察到多种颜色的条带,将条带刮下处理后在气相色谱仪上即可分析出蜡质中的成分,条带越丰富说明其蜡质成分相对复杂。

紫外分析仪下观察莲叶表皮蜡质后得到的条带紫外分析仪下观察莲叶表皮蜡质后得到的条带

  植物表皮蜡质对于植物生长发育和抵御各种生物、非生物胁迫具有重要意义,同时在工业生产上也具有广泛用途,可用于药品、化妆品、纺织品、纸、蜡烛、油墨、润滑剂等商品的制备。此外,植物蜡质经处理后还可用于水果表面打蜡,蜡在水果表面形成一层保护膜,不仅可以保护水果外皮,提高光泽度,还可以防止水果水分蒸发,保留水果鲜香。而且,打蜡后病菌也不容易侵入,可以防腐防虫。植物蜡绿色环保,且具有可再生特性,可以广泛地运用于众多领域,比石蜡更具有市场优势。

蜡质作用(图片来自网络)蜡质作用图片来自网络

  来源:中国科学院武汉植物园

荷花
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