气生植物

不需土壤，水分和营养全来自空气的植物
气生植物是指植物王国中不需要土壤,生长所需的水分和营养可以全部来自空气,只须将其基部粘在贝壳、玻璃上就能正常生长的植物,又被称为“空气植物”。它既不同于附生植物,也不同于具有气生根的植物。主要包括地衣、苔藓、蕨、凤梨科和兰科植物中的某些附生类群；它们没有根或者根不发达，仅起固定植株的作用。
定义
气生植物是指不需要土壤，生长所需的水分和营养可以全部来自空气的植物。它既不同于附生植物,也不同于具有气生根的植物。主要包括地衣、苔藓、蕨、凤梨科和兰科植物中的某些附生类群；它们没有根或者根不发达，仅起固定植株的作用。因为气生植物直接从空气中吸收水分和养分，但空气中的水分和养分毕竟是有限的，所以这些植物一般都具有很强的利用水分及养分的能力，很多植物已经成为有效地检测环境变化的"指示生物"和去除环境污染的修复植物。另外，因为这些植物具有忍受恶劣环境条件的生理基础，还可能成为适应空间环境的先锋植物,在空间植物学研究中将具有特殊的意义。
范畴和类型
如果仅从字面意思而言，那些不需要土壤，附生在树木、岩石的附生植物都可属于气生植物的范畴。但是，并不是所有的附生植物都是气生植物。附生植物是指一类可以自己获取食物但附生在其他植物的顶端以获得更多阳光和水分的植物。尽管附生植物并不直接从寄主那里吸收水分和养分，但很多附生植物需要从寄主表面的腐殖质中吸取营养。如附生在树木上的苔藓、蕨类等。而气生植物则是指其营养成分完全来自于空气中的一类植物。因此，气生植物的真正涵义应是一类特殊的附生植物。
迄今为止，虽然气生植物所包括的植物种类还没有一个明确的界定，但大致可以分为两大类。一类是无根的、较低等的地衣、苔藓和蕨类植物中的某些附生类群，它们常附着于岩石或树干上，因为没有真正的根，这些植物所需的水分和养分只能依赖于大气中的湿沉降和干沉降，从而成为低等的“气生植物”； 二是被子植物中苦苣苔科、凤梨科和兰科植物中的某些附生物种，它们有真正的根，但根不植于寄主表面的土壤或腐殖质中，而是附生或垂挂于树干或岩石上，主要起固定植株的作用，因此成为高等的“气生植物”，其中凤梨科和兰科中的气生植物常被分别称为“空气凤梨”和“气生兰”。
生物学特性
气生植物可以直接从空气中吸收水分和养分，但空气中的水分和养分毕竟是有限的，所以这些植物一般都具有很强的吸收水分和养分的能力，同时也具有很强的节约水分和节约养分的能力，从而具有了忍受恶劣环境条件的基础。
很多气生植物具有很强的抗旱能力。地衣是由真菌和藻类共同生活组成的复合有机体，苔藓是一类小型的多细胞的绿色植物。干旱的荒漠地带生长着很多地衣和苔藓植物。苔藓植物能忍受干旱是因为具有强大的吸水能力，其吸水量高时可达植物体干重的15 ～20 倍，而其蒸发量却只有净水表面的1 /5。“空气凤梨”也耐干旱，它们真正吸收水和养分的器官是叶片表面发达的银灰色的绒毛鳞片状组织，组织中储存的水分能够忍受昼夜和季节的变化所引起的干旱胁迫。研究发现大多数空气凤梨都属于景天酸代谢途径(CAM，crassulacean acid metabolismpathway) 植物，它们叶片上的气孔白天关闭，可以避免蒸腾作用引起的水分流失，而在夜晚气孔张开，吸收水分和固定二氧化碳。依靠这种途径，它们既能巧妙的避开阳光照射造成的水分流失，维持水分平衡，又能同化二氧化碳,进行正常的光合作用。“气生兰”大多附生于树干、不毛的岩石或悬崖上，但不从树木本身吸收养分。这些附生兰花所需水分与养料是取自雨水或雨水中含有的无机盐，此外还有夜间的露水和雾等。这些兰花也大都有耐旱的结构，如具海绵质根被的气生根、肥厚而有角质层的叶、肉质的假鳞茎、气孔只生于叶背等。当空气干燥时，气生根根被细胞中完全充满空气，可以防止水分的散失；当空气湿润时，气生根还能极快地吸收水分和养分，变成半透明状,并能保持相当长的时期。另外，与“空气凤梨”一样,相当数量的“气生兰”采用景天酸代谢途径固定CO2和维持水分平衡，使得“气生兰”也能够克服干旱的威胁。
很多气生植物也具有很强的耐极端温度的能力。在中国南极长城站附近地区，地衣漫山遍野，种类多达70余种。实验研究表明，即使在零下198℃的超低温条件下，南极地衣也能够照样生存。因此，地衣恐怕也是地球上最为耐寒的植物，这主要是因为它坚固的表皮能抵御低温、强风及干燥引起的水分蒸发，并能顺利地为自己构成像藻类一样的供水系统，从而维持生命。苔藓既可生活在根区温度超过53℃的温泉中生长，也能生长在年均温低于0℃的极地，表明了它们对极端温度具有很强的适应性。
指示修复作用
“气生植物”通常都具有强大的直接从空气中吸收水分和养分的能力，因此也可以同时吸收空气中的污染物(包括有机污染物及重金属污染物)，从而成为有效地检测环境变化的“指示生物”( biomonitor)和去除大气污染的修复植物。在地衣、苔藓和凤梨科植物中均有研究。
地衣缺乏高等植物的表皮、蜡质或气孔之类的保护性结构，只有蔬丝组织等构成的拟表皮，有的种类的上表面或上下表面甚至缺乏这种拟表皮，因此地衣可以通过整个菌体吸收环境中的物质，如环境中的铅、铬等重金属离子，这些成分被束缚在严重胶质化的菌丝壁或被进行新陈代谢活动的藻类细胞所吸收，因而地衣对环境中的一些物质、特别是对自身有毒有害物质具有累积作用。尤其是树生地衣，它们的基物一般为生活的树木，所需的水分和养分依赖于大气中的湿沉降和干沉降，在取材上不受土壤条件等差异的影响，可以直接反映大气污染程度,减少了多因子分析中造成的困难，可以用试验结果来评估本地过去较长一段时间内的大气质量。另外，作为一种评估大气质量的辅助手段，利用树生地衣的方法操作简便，灵敏度高，可以提供污染物长时间内的危害累积效应。
1968年，在荷兰召开的第一届关于大气污染对于动植物影响的欧洲会议上，苔藓植物由于结构相对简单，有其特殊的生理适应机制而被推荐作为全球变化、环境污染、养分状况、森林整体性及生态系统健康等方面的生物指示植物。它没有真正的根和维管束组织，表面积较大,对大气成分浓度和全球气候等各方面的环境变化非常敏感，其反应敏感度是种子植物的10倍，因此，苔藓植物被世界各国广泛应用为环境变化的指示物。
大气环境中气体成分浓度的变化，主要是SO2、氯化物、O3、碳氢化合物和氮化合物，会对苔藓的光合作用、生理代谢途径及次生代谢产物和基因稳定性等方面产生一系列的影响，因此苔藓植物能够指示这些大气污染物。在不同的生境中会生长不同的苔藓，如许多金发藓科和曲尾藓科的植物种喜爱酸性基质，而一些杂草种如葫芦藓、真藓和纽藓则常常生长在中性或碱性的土壤条件下。因此苔藓还可以对生境类型与养分状况进行指示。
另外，苔藓植物还可对空气中所含的有毒重金属物质进行有效检测。金属对苔藓植物的毒性,其强烈程度的顺序经试验为Hg > Cu > Pb > Ca > Cd > Cr > Ni >Zn。不同种类或生活在不同生境中的苔藓植物积累金属的能力也不同，影响苔藓植物吸收和积累金属离子的有风、pH值、生长形状、生长阶段以及生长季节等因素，苔藓植物也能通过形态变化和排泄作用等对重金属污染产生抗性。
而对“空气凤梨”植物而言，早在1952 年，松萝铁兰( Tillandsia usneoides L.)可以用来检测雨水中氟化物的含量，这一物种及同属的其它物种就被用来作为指示植物检测空气质量。松萝铁兰还是一种很好的检测空气中重金属离子汞污染的指示植物，因为它能快速、有效地积累空气中飘浮的汞离子,并对一些胁迫环境,如高温、高汞离子浓度及氧化剂(Cl2)等，有较强的拮抗( resistance)能力。后面的研究表明，其它一些金属离子的污染程度，如Co、Cu、Fe、Ni、Mn、Pb、V 和Zn等，也能被铁兰属的一些植物有效地检测与吸收。
研究意义
随着航天事业的发展，人类在空间生命科学方面的研究不断深入，开发和利用空间资源已经成为各科技大国竞争的重要目标之一。空间环境是空间科学研究的一个特殊的重要领域, 其具有超真空、微重力、宇宙射线、宇宙磁场以及超洁净的特殊环境。要使人类能在太空中生存，首先要解决人们必需的氧气和粮食问题。食物和氧气是人类生存所必需的条件，而作为能进行光合作用的绿色植物，在阳光下能把二氧化碳和水转化为有机物和氧气，这样正好相互补偿，植物利用人们排出来的二氧化碳、水和排泄物制成食物和氧气，再供给人们用，构成一个自给自足的“小世界”。因此,世界各主要航天大国进行的空间生命支持系统的研究表明，在生物再生式生态系统中高等植物是不可替代的。
在空间生命支持系统研究中所选用的植物材料，如地衣、苔藓等都可以划归为气生植物。欧洲宇航局2005年借助俄罗斯“光子2M2 ”科学研究卫星进行的试验表明,地衣确实能够在生存条件极其恶劣的开放宇宙空间中保持长时间地健康生长。针对地衣的试验是在由俄罗斯“光子”卫星搭载的欧航局“生物盘”模块中完成的。与以往的试验模块不同的是，“生物盘”被安装在卫星的外表面。试验过程中，“生物盘”中的地衣样本被完全暴露在开放的宇宙空间之中，它们同时承受着真空、失重、温度剧烈变化以及杀伤力极强的宇宙射线辐射等残酷条件的考验，整个试验共持续了1416个昼夜。之后，“生物盘”随特制的返回舱被成功收回。这一持续了两个星期的试验无疑让欧洲宇航局的科学家们倍感兴奋,因为所有的地衣样本居然全部存活了下来,并且依旧可以进行光合作用。原来,地衣在极端条件下可以处于休眠状态，一旦返回地球，它们就会复苏。这一实验结果意味着地衣完全有可能在一些更为“舒适”的环境中(如火星和土星部分卫星的表面)存活。而且,很多地衣和苔藓植物能分泌酸性物质,腐蚀岩石,使岩石表面逐渐变为土壤，为以后高等植物分布创造了条件，它们是植物界的拓荒者。因此，科学家计划进行更多的实验，比如人为营造类似月球和火星的地面环境来种植地衣。如果更多的实验能获得成功的话，人类将来有望在外星球建立农场，以种植地衣来改造外星的大气与土壤，进而引入更高等的植物和动物，建立欣欣向荣的外星移民基地。
因此，以地衣为代表的“气生植物”因其直接在空气中生长，不需要土壤，可以从空气中吸收水分和养分的特殊性，成为能够适应恶劣环境条件的植物，具有对严酷环境的超强适应能力，确实有可能成为适应太空生长的先行植物。由于种种条件的限制，对这些植物在太空环境中或地面模拟环境中的研究还很少。对太空环境的利用主要还是集中在空间诱变育种上，但是为了人类未来的太空移民计划，研究适应于太空生长的植物已是大势所趋，而气生植物就是一类值得重点关注的植物类群。
代表物种
中文名：松萝凤梨
气生植物(16张)
学名：Tillandsia usuneoides L．
科属：凤梨科铁兰属
识别特征：凤梨科铁兰属，草本植物，植株下垂生长，茎长，纤细；叶片互生，半圆形，长3～4cm，密被银灰色鳞片；小花腋生，黄绿色，花萼紫色，小苞片褐色，花芳香。 是非常好的净化空气植物。
主要习性：原产美国南部、阿根廷中部，中、南美洲广布，生海拔O～2400m的树上、电线上或仙人掌树上。本种耐寒力极强，人工栽培可悬空吊垂任其向下生长，外形似地衣类的松萝。
培植方法：松萝凤梨是直接生长于空气之中，而无须任何土壤等培养基质的气生类植物。日常养护十分方便、简单，间隔数日向其喷水及保持适当的空气湿度即可。悬挂于办公室等室内环境下。