图1仙人掌

图2仙人掌刺

仙人掌（见图1），别名仙巴掌、观音掌、霸王、火掌等,是仙人掌科的多肉植物，全球分布种类繁多，大约有两千余种。仙人掌，喜强烈光照、耐炎热、干旱、瘠薄,生命力顽强，通常生长于热带或亚热带的干旱地区，尤其能在沙漠中生存下来，素有“沙漠英雄花”的美誉。我们知道，沙漠中环境温度高低变化异常，且干旱导致几乎很少生物能生存下来。那么，仙人掌有哪些特异的温湿度调控机制呢？

“物竞天择，适者生存”，仙人掌为了适应干旱少雨的沙漠环境，在长期的自然进化中激发产生了独特的生物构造，形成了适应于沙漠地带干旱气候的独特叶、根和茎结构。

在漫长的自然进化过程中，仙人掌不断改变着自己的叶片构造形态，叶子便逐渐退化，渐渐地不见了，变成了根根肉刺或密密麻麻的茸毛，从根本上减少了叶面蒸腾面积，紧缩了水分开支，进而最大限度地减少水分蒸腾作用。从本质上讲，仙人掌刺就是仙人掌的叶子。此外，仙人掌刺（见图2）的形貌构造也非常奇特。中国科研人员在国际权威期刊NatureCommunications（,3:）和AdvancedMaterials（,25(41):-）报道指出，仙人掌刺呈针锥状，其表面配置有梯度槽道，靠近尖端的槽道窄小，而靠近根部的槽道宽大，表面整体呈疏水性，多尺度沟槽结构的配置使得水珠（空气中雾滴）能自发地从刺的尖部定向运动到根部，进而通过根部毛状体吸入体内补充水分。需指出的是，仙人掌刺的多尺度沟槽结构表面上存在着独特的润湿特性梯度，即表面自由能梯度和拉普拉斯压力梯度，在此梯度的协同作用下，仙人掌刺能在夜间低温时高效收集空气中的雾滴。

仙人掌的根部构造也较特别。根部伸展得很远，覆盖面积大，有强大的根系分支来摄取地下的水分。并且，在雨季时还会发出许多新根，尽可能多地吸水而储存于体内。

仙人掌的茎是肉质组织，体内水分多时就会变得粗大肥厚，表面有层蜡质的存在使得其不受强光的照射而干枯，即蜡质保护层可以避免水分流失。当旱季到来时，仙人掌的根会枯萎、脱落以保持水分的供应。随着含水量减少，茎部也会收缩，自身生长放缓，进入休眠期。

仙人掌独特的调温调湿的功效，将为沙漠地区取水装置的研发提供了新的素材和启迪。

《自然中的热现象》系列报道回顾

系列报道(4):沙漠仙人掌的独特调湿功效

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