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拖著彗星般長(zhǎng)尾巴的海芋,原來有毒!

中國(guó)科普博覽
原創(chuàng)
中國(guó)科協(xié)、中科院攜手“互聯(lián)網(wǎng)+科普”平臺(tái),深耕科普內(nèi)容創(chuàng)作
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出品:科普中國(guó)

作者:秦亞龍(江蘇省中國(guó)科學(xué)院植物研究所·南京中山植物園)

監(jiān)制:中國(guó)科普博覽

編者按:為解碼生命科學(xué)最新奧秘,科普中國(guó)前沿科技項(xiàng)目推出“生命新知”系列文章,從獨(dú)特的視角,解讀生命現(xiàn)象,揭示生物奧秘。讓我們深入生命世界,探索無限可能。

在我國(guó)南部地區(qū)的野外或公園中,常會(huì)遇到天南星科Araceae海芋屬Alocasia多年生觀葉植物海芋Alocasia odora (Roxb.) K. Koch,四季常綠、株型優(yōu)雅,極具觀賞價(jià)值。

作為林下的草本植物,海芋的葉片為了能獲取林冠透下的光斑,經(jīng)歷長(zhǎng)期的進(jìn)化,葉片變得越來越大,如今長(zhǎng)寬可達(dá)一米以上。

海芋

(圖片來源:作者拍攝)

在清晨或晚上高濕的特定環(huán)境下,海芋為了排出體內(nèi)多余的水分,葉片邊緣會(huì)“吐出”液態(tài)水滴,凝聚到葉尖后滴落,加之海芋花序形似觀音,因此有了“滴水觀音”的別稱。在植物界,如果仔細(xì)觀察,吐水現(xiàn)象還是很常見的。甚至,一些真菌(蘑菇)有時(shí)也會(huì)發(fā)生“吐水”現(xiàn)象,被稱為真菌“泌滴現(xiàn)象”。

落葉松擬層孔菌“吐水”現(xiàn)象

(圖片來源:作者拍攝)

海芋有毒

海芋體內(nèi)含有草酸鈣針晶、皂素毒苷、海芋素等有毒成分,如果不注意,海芋的汁液碰到皮膚會(huì)引起瘙癢,滴入眼睛可能會(huì)引起失明,誤食海芋根莖甚至因窒息、心臟停搏而死亡。生活中偶有海芋中毒的報(bào)道,所以見到海芋時(shí),可遠(yuǎn)觀而不可褻玩焉。

在野外,有些海芋葉片上會(huì)出現(xiàn)規(guī)則的圓形孔洞,這是葉甲昆蟲取食海芋葉片留下的杰作。當(dāng)海芋遭啃食或破壞時(shí),毒素通過葉脈系統(tǒng)進(jìn)行釋放。

雖然海芋有毒,葉甲昆蟲在取食海芋葉片時(shí),會(huì)在海芋毒素尚未傳達(dá)前,快速在大葉片上啃取一圈小葉,切斷毒素通過葉脈傳輸,然后再安心享用。神奇的是,規(guī)則的圓形是啃食相同長(zhǎng)度下葉甲所能獲取的最大的葉片面積,啃取的每一嘴都不是徒勞的。

海芋葉片上的圓孔

(圖片來源:作者拍攝)

海芋花序結(jié)構(gòu)和開花物候

作為天南星科植物,海芋雌雄同序的肉穗花序被保護(hù)在佛焰苞之中。佛焰苞整體分為兩部分,下部分呈閉合狀,卵形或短橢圓形,上部分檐部呈舟狀,長(zhǎng)圓形。

海芋花開四季,自帶芬芳,花序雌雄異位,自上而下分別為附屬器、可育雄花、不育雄花和雌花。附屬器位于花序頂端,呈圓錐狀。

海芋花序結(jié)構(gòu)和開花物候,a:花序結(jié)構(gòu);

b?e:花序發(fā)育過程(b:花苞期;c:雌花期;d:雄花期;e:結(jié)實(shí)期)

(圖片來源:參考文獻(xiàn))

海芋開花時(shí),海芋的雄花負(fù)責(zé)產(chǎn)生花粉,不育雄花為傳粉昆蟲提供食物,雌花接收花粉后孕育果實(shí)。

海芋的花序還具有雌雄異熟的特征。花序中的雌花先熟、雄花后熟?;ㄐ蛲獠康姆鹧姘喜亢拖虏堪g具有一個(gè)收縮處,將花序上部的可育雄花與下部的雌花進(jìn)行隔離。

海芋花序具有開花生熱效應(yīng)。在花期,花序通過提升溫度,吸引傳粉昆蟲并為它們提供庇護(hù)所。同時(shí),花序升溫也可以加強(qiáng)花香散發(fā)并促進(jìn)花器官發(fā)育,這和荷花玉蘭和蓮開花生熱現(xiàn)象相對(duì)一致。

在雌花期,海芋花序的花香最為濃烈,柱頭黏性最強(qiáng)并存有少量分泌物。此時(shí),附屬器和雄花區(qū)開花生熱效應(yīng)顯著,佛焰苞收縮處尚未完全收緊,所有訪花者均可經(jīng)由收縮處進(jìn)入雌花區(qū),其中就包含攜帶著外來花粉的傳粉者幫助雌花進(jìn)行授粉。

而在雄花期,花序的花香和開花生熱效應(yīng)逐漸減弱。此時(shí),佛焰苞收縮處已完全緊縮,成熟的花粉和所有訪花者均已無法到達(dá)雌花區(qū),花序結(jié)果與否已成定局。

海芋漿果

(圖片來源:作者拍攝)

當(dāng)海芋雌花授粉完成后,隨著果序的成熟,里邊紅色的漿果會(huì)露出。鳥類被漿果艷麗的色彩吸引來取食,后將海芋種子通過糞便排出,幫助海芋實(shí)現(xiàn)種子的遠(yuǎn)距離傳播。

訪花者與傳粉者

在植物傳粉期,植物通過顏色、氣味和形態(tài)等花部信號(hào),吸引昆蟲、鳥類等到訪。根據(jù)到訪昆蟲的功能不同,可分為訪花者和傳粉者。

訪花者多是以取食花粉、花蜜、分泌物或花組織等為目的,或是在花序產(chǎn)卵地或偶然性停留。其中,作為花粉傳遞有效載體真正幫助植物完成授粉的訪花者,才能被稱為傳粉者。

泛化傳粉系統(tǒng)

對(duì)于那些傳粉者與植物之間傳粉關(guān)系不專一的,就屬于泛化傳粉系統(tǒng)。對(duì)于某種泛化傳粉植物而言,多數(shù)花會(huì)產(chǎn)生大量的花粉,這些花粉不但能滿足傳粉者授粉和取食的需要,還能滿足大量訪花者所帶來的花粉損耗,傳粉效率低下,自然界多數(shù)有花植物都屬于泛化傳粉系統(tǒng)。

特化傳粉系統(tǒng)

丁翔等最新研究指出,芋果蠅屬Colocasiomyia的海芋果蠅C. alocasia和異海芋果蠅C. xenalocasiae是海芋授粉過程的高度特化傳粉昆蟲,它們與海芋建立起了特化傳粉系統(tǒng)。

在雌花期,芋果蠅攜帶著外來花粉通過佛焰苞收縮處進(jìn)入雌花區(qū)授粉,在這一過程中,以雄花不育區(qū)和雌花區(qū)柱頭分泌物為食。在雄花期,芋果蠅活動(dòng)在雄花可育區(qū),進(jìn)行花粉取食和交配,之后會(huì)攜帶著可育雄花區(qū)的花粉前往另一株海芋花序進(jìn)行授粉。

在這一傳粉系統(tǒng)中,雖然也常有露尾甲科、蜜蜂科、隱翅蟲科和跗線螨科等10種非傳粉昆蟲訪問花序,但它們并不參與授粉,而是與傳粉者搶食花粉和花序分泌物,甚至是進(jìn)行繁殖,從而與芋果蠅的授粉和繁殖形成競(jìng)爭(zhēng)。

海芋常見訪花昆蟲及后代的活動(dòng)行為:a?c:各時(shí)期花序內(nèi)芋果蠅后代活動(dòng);

a:芋果蠅蟲卵(雌花期);b:芋果蠅幼蟲(雄花期);

c:芋果蠅蟲蛹(結(jié)實(shí)期);d:訪花者將花粉傳遞至柱頭(雌花期);

e:蜜蜂科訪花者收集花粉(雄花期);f:露尾甲科訪花者啃食不育花(雌花期);

g:不育花被啃食的痕跡;h:孵化的露尾甲科幼蟲(雄花不育區(qū))。

(圖片來源:參考文獻(xiàn))

神奇的是,芋果蠅在海芋花序中的繁殖過程與海芋花序生長(zhǎng)階段相匹配。芋果蠅在雌花期產(chǎn)卵,雄花期發(fā)育成幼蟲,結(jié)實(shí)期長(zhǎng)成蟲蛹。

在自然界,還有許多植物與特化傳粉者建立起了特化傳粉系統(tǒng)。

榕樹—榕小蜂特化傳粉系統(tǒng)

自然界有800多種榕樹,它們與榕小蜂歷經(jīng)約7500萬年的協(xié)同進(jìn)化,逐漸形成了高度特化的互惠共生系統(tǒng),成為目前已知最專一的傳粉和共生系統(tǒng)。

榕樹獨(dú)特的“隱頭花序”結(jié)構(gòu),在自然界中只有榕小蜂才能幫助其傳粉。

無花果與榕小蜂共生關(guān)系圖

(圖片來源:世界知識(shí)畫報(bào))

榕小蜂又分為傳粉榕小蜂和非傳粉榕小蜂,通常每種榕樹只有專一的傳粉榕小蜂為其傳粉。雖然有些榕果內(nèi)還會(huì)共存幾種到幾十種非傳粉榕小蜂,但它們卻幾乎不為雌花傳粉。

與海芋相似,對(duì)于雌雄同株的榕樹而言,同一花序的雌花和雄花成熟期不同,處于雌花期的榕果會(huì)釋放出特殊的揮發(fā)物,吸引特定的傳粉榕小蜂攜帶雄花花粉鉆進(jìn)正處于雌花期的新花序內(nèi)完成授粉。

鳳尾絲蘭—絲蘭蛾特化傳粉系統(tǒng)

鳳尾絲蘭原產(chǎn)北美,每年八九月份進(jìn)入花期,大型圓錐花序白天閉合,晚上開放。鳳尾絲蘭的花朵沒有萼片,具有6個(gè)花被片和6枚雄蕊,中間圍著由三心皮聯(lián)合形成的復(fù)雌蕊,雌蕊的下半部呈柱狀,頂端三裂而外翻。

鳳尾絲蘭

(圖片來源:作者拍攝)

在中國(guó),鳳尾絲蘭年年開花卻不見結(jié)果,這是由于缺少了北美原產(chǎn)地唯一的傳粉昆蟲——絲蘭蛾。在當(dāng)?shù)?,鳳尾絲蘭夜晚開放,散發(fā)出特有香味,吸引絲蘭蛾到來。此時(shí),到訪的絲蘭蛾已完成交配,雌蛾會(huì)首先飛到雄蕊頂端,采集花粉并搓成團(tuán)。

之后,雌蛾帶著花粉團(tuán)飛抵另一朵花,停在雌蕊柱側(cè)面,它們會(huì)用產(chǎn)卵器刺穿子房壁并產(chǎn)下1—6枚卵。產(chǎn)卵完成后,雌蛾還會(huì)爬到柱頭頂端,將從上一朵花采集來的花粉團(tuán)盡可能地通過雌蕊頂端的孔洞塞進(jìn)深處,幫助鳳尾絲蘭完成授粉。

鳳尾絲蘭花朵

(圖片來源:作者拍攝)

授粉完成后鳳尾絲蘭,子房逐漸發(fā)育膨大。絲蘭蛾寶寶在其子房中孵化后,以鳳尾絲蘭部分鮮嫩的種子為食,最終破壁而出,鉆進(jìn)土中化蛹。到了來年鳳尾絲蘭開花時(shí),蛹中的絲蘭蛾破繭而出,尋得伴侶交配后,飛向鳳尾絲蘭花序授粉并產(chǎn)卵,開啟又一次生命的輪回。

就這樣,鳳尾絲蘭與絲蘭蛾經(jīng)歷長(zhǎng)期的協(xié)同進(jìn)化,絲蘭蛾成為鳳尾絲蘭唯一的傳粉昆蟲,鳳尾絲蘭為絲蘭蛾的繁衍提供住所和食物,兩者構(gòu)建了特化傳粉系統(tǒng),達(dá)成了專性共生關(guān)系。

耬斗菜特化傳粉系統(tǒng)

在生活中,還有一類顏值非常高的植物,也與傳粉者建立了特化傳粉系統(tǒng),它們便是毛茛科Ranuncuaceae耬斗菜屬Aquilegia植物。

耬斗菜的名字源自我國(guó)古時(shí)農(nóng)耕播種工具——耬車,因其花瓣下部常延伸出管狀的距,像極了耬車的耬腿。

耬斗菜的距內(nèi)的蜜腺組織會(huì)分泌出傳粉者喜歡的花蜜,但這些花蜜并不是為所有訪花者準(zhǔn)備的,只有那些幫助耬斗菜傳粉的訪花者,經(jīng)過長(zhǎng)期的協(xié)同演化,才可以獲取鮮美的花蜜。

耬斗菜屬

(圖片來源:作者拍攝)

不同種的漏斗菜花距長(zhǎng)短和形態(tài)各不相同,通過花距和花距底部的花蜜,每一種耬斗菜都會(huì)有特定的天蛾、雄蜂、蜂鳥等不同傳粉者幫助其完成傳粉,建立起了特化的傳粉系統(tǒng)。

彗星蘭—長(zhǎng)喙天蛾特化傳粉系統(tǒng)

1862年,英國(guó)博物學(xué)家達(dá)爾文收到一份來自非洲馬達(dá)加斯加的蘭花標(biāo)本,標(biāo)本的花朵有著一條長(zhǎng)達(dá)30厘米的花距,他猜想當(dāng)?shù)匾欢ㄉ钪环N口器(喙)長(zhǎng)度與之相當(dāng)?shù)奶於昴軌蛭车交ň嗄┒说幕鄄槠鋫鞣?,人們因此稱之為達(dá)爾文蘭。因其花朵形態(tài)看似拖著長(zhǎng)尾巴的彗星,因此得名“大彗星蘭”。又因其超長(zhǎng)的花距,其學(xué)名被定為長(zhǎng)距彗星蘭Angraecum sesquipedale Thouars。

長(zhǎng)距彗星蘭

(圖片來源:作者拍攝)

直到1903年,人們才在馬達(dá)加斯加發(fā)現(xiàn)了達(dá)爾文預(yù)言的長(zhǎng)喙天蛾,它們擁有長(zhǎng)達(dá)30厘米的喙。時(shí)間來到1992年,人們首次拍到了長(zhǎng)喙天蛾為長(zhǎng)距彗星蘭傳粉的過程,完美地詮釋了植物與傳粉者的協(xié)同進(jìn)化,兩者之間構(gòu)建起了特化的傳粉系統(tǒng),共同在馬達(dá)加斯加繁衍。

結(jié)語

經(jīng)過長(zhǎng)期的演化,全世界約90%的被子植物都需要昆蟲、鳥類和哺乳動(dòng)物等作為媒介傳播花粉,它們構(gòu)成了各具特色的泛化傳粉系統(tǒng)和特化傳粉系統(tǒng),共同推進(jìn)著動(dòng)植物的進(jìn)化和繁衍,持續(xù)述說著自然萬物的生存智慧。

參考文獻(xiàn):

1.丁翔, 余元鈞, 宋希強(qiáng), 等. 具有泛化訪花者的海芋特化傳粉系統(tǒng)[J]. 生物多樣性, 2024, 32 (6): 24069, pages 1-11.

注:本文內(nèi)拉丁文部分應(yīng)為斜體

內(nèi)容資源由項(xiàng)目單位提供

評(píng)論
內(nèi)蒙古趙華
庶吉士級(jí)
盡管海芋擁有令人矚目的外觀,但其內(nèi)在的毒性不容忽視。公眾應(yīng)當(dāng)提高對(duì)海芋的認(rèn)識(shí),采取必要的安全措施以防止中毒事件的發(fā)生。通過教育和宣傳,我們可以讓更多人了解到這種美麗植物的潛在危險(xiǎn),從而保護(hù)自己和他人的健康。
2024-09-16
臭皮匠心
學(xué)士級(jí)
雖然海芋擁有令人矚目的外觀,但其內(nèi)在的毒性不容忽視。公眾應(yīng)當(dāng)提高對(duì)海芋的認(rèn)識(shí),采取必要的安全措施以防止中毒事件的發(fā)生。通過教育和宣傳,我們可以讓更多人了解到這種美麗植物的潛在危險(xiǎn),從而保護(hù)自己和他人的健康。
2024-09-16
科普科普知識(shí)的搖籃!
太師級(jí)
解析海芋的種子傳播策略,以及植物與訪花者、傳粉者之間的互動(dòng),展現(xiàn)了植物界中復(fù)雜而精妙的生態(tài)關(guān)系,是自然選擇與生物適應(yīng)性的生動(dòng)體現(xiàn)。
2024-09-16