植物天堂-Saraca分享 http://blog.sciencenet.cn/u/saraca 靠近植物,贴近大自然,心情故事,点滴记录!

博文

那些埋藏在地下的爱情 精选

已有 10713 次阅读 2013-3-19 12:29 |系统分类:科普集锦| 神奇, 植物繁育系统, 开放花, 闭锁花, 地下结实

 

图1:孩儿参(Pseudostellaria heterophylla)的开放花,花型、颜色都很靓丽。

 

大千植物世界,有的落落大方,借风花雪月、蝶虫飞舞演绎出一段生命的奇迹。然而,也有的羞羞答答,将生儿育女之事悄悄藏于地下。

对于大多数植物来说,一般都是地上开花,地上结果。不过,普遍规律中也有特殊情况,那就是地上开花,地下结果,如花生,因其具有钻入地下结果的特殊性又称落花生。更有甚者,地下开花,地下结果,这就是两型豆。

 

三花两豆

两型豆,顾名思义,是指具有两种不同豆荚的植物。所谓“两型”,是指该种植物在同一株植株上,既有像其他豆科植物一样的蝶形花,也有结构简单且较为罕见的闭锁花。蝶形花花冠纯白或淡紫,小巧精致,排成一串短总状花序,高悬于茎干叶丛(图2)。闭锁花白色肉质,结构简单,无花瓣,一朵小花悄悄地藏于地下,长在根茎基部,花萼包裹着雄蕊和柱头(图4)。

这“地下开花,地下结果”的奇迹让人想起了同一家族植物——落花生。落花生是一类主动埋藏“爱情结晶”的典型。它在地面开花、受精后,子房柄可不断伸长,接近地面。这时,靠近地面的子房顶端会长出一个木质化的锥状保护帽,俗称“果针”。正是这枚果针,可以将受精后的幼果“推波助澜”地扎入地面,发育为一枚圆溜溜的胖豆荚。

然而,两型豆与落花生又略有不同。两型豆的地下闭锁花是开花、结果一辈子都在地下进行。更为奇特的是,它还有一种长在茎干上的闭锁花(图3)。尽管这一枚闭锁花能“见天日”,但依旧“闭关自守”地从不开放,也不显露任何花的迹象,只有绿色的萼片将雄蕊和雌蕊保护起来,悄悄地完成“生儿育女”的使命。人们不禁要问:这纤细的藤蔓植物,为何要开三种花,结两种豆呢?

常言说:“开什么样的花儿,结什么样的果。”就花形而言,地上开放花与地上或地下闭锁花分属于两种类型的花。开放花有花萼、花冠和雌雄蕊,不仅颜色漂亮而且清香扑鼻。闭锁花的结构简单特化,没有花瓣,只有萼片紧闭大门,忠诚地保护着里面幼嫩的雄蕊和雌蕊。两种类型的豆荚也不一样。开放花结普通长豆荚,豆荚为深绿色,成熟后变褐色,内含23枚种子,所以又叫三籽两型豆。闭锁花结短豆荚,豆荚为白色,带一点紫,仅有的一枚种子也呈白色,样子很饱满。闭锁花的花萼和豆荚是白色的,说明黑暗中的闭锁花和短豆荚的发育并不需要叶绿素,其营养供给可通过地上部分获得。

 

图2:两型豆(Amphicarpaea edgeworthii)茎干上的开放花

图3:两型豆(Amphicarpaea edgeworthii)茎干基部的闭锁花,结构简单,颜色单一。

图4: 两型豆(Amphicarpaea edgeworthii)埋在地下的闭锁花,肉质,白色,花被简单。

图5:两型豆(Amphicarpaea edgeworthii)干上闭锁花和开放花发育为结构正常的豆荚,貌似毛豆。确实,两型豆与毛豆的亲缘关系比较近。

图6:两型豆(Amphicarpaea edgeworthii)根状茎上的闭锁花发育出来的豆荚,颜色呈白色或稍紫。短圆果荚内有一枚种子,可育。

 

黑暗中的婚礼

从“传宗接代”的角度来说,两种类型的花各司其责,各有使命。挂于茎干乃至顶端的开放花长有奇特的蝶形花冠,可吸引传粉生物前来拜访。同一朵花冠内的雄蕊和雌蕊,拉开距离,相互漠视,保持“冷战”,成为“最熟悉的陌生人”。它们这样做,只有一个目的:避免自花受精,达到异花授粉。

相反,埋藏于地下的闭锁花,一旦成熟雌蕊往往会“小鸟依人”般地拜倒在花药的“石榴裙”下,花药也会就势靠近柱头。黑暗中,这场“婚礼”少了一份热闹,多了一份安静。地下闭锁花就这样与世隔绝般地藏于“深闺”,用自花受精的方式完成了庄严隆重的“人生使命”。 

从遗传角度而言,开放花的存在自有它的道理。大家都知道,近亲结婚的后代,其幸存的机会是有限的。植物似乎也懂得“近缘结亲,后代单一化”的道理。因此,在漫长的进化过程中,多数植物的演化方式都趋于异花授粉,丰富后代遗传物质的多样性,加强其个体适应环境的能力。对两型豆而言,长豆荚的种子与短豆荚的种子相比,其基因多样性要丰富得多,在“物竞天择”的自然选择下,更易受到大自然的青睐。

闭锁花自花受精,其种子基因型仅为母株的“翻版”或克隆,很难“胜于蓝”。更严重的是,种子不能远距离传播,只能就地生根发芽,与母株共享栖息地,竞争资源。如此说来,我们不禁会问:闭锁花是一个多余的“阑尾”吗?它有存在的必要吗?

 

地下开花为了谁

研究发现,闭锁花是植物应对不利自然条件的一种适应机制。当环境中缺乏必需的传粉生物时,无论开放花绽多么绚丽多姿,也鲜有传粉昆虫前来拜访。这时,开放花成为“无人理睬”的“壁花”,面临“不孝有三,无后为大”的尴尬事实时,闭锁花就可大显身手,彰显自己的价值。无论传粉者来与不来,它依旧花开花落,花落结果。尽管闭锁花种子基因型单一,然生存优势明显。它在地下发育成熟后,即可萌发生长,而且土生土长,条件适宜,生存无碍。闭锁花种子的存在保证了植物基因发扬光大:做到了“子子孙孙无穷尽也”的完美补充。

当然,闭锁花和开放花的花期相互交错,处于不同季节。一方面可保证每种类型的花在开花结果时都有足够的营养供给,另一方面也是植物应对极端环境的巧妙机制。当高温或低温来临时,地上的开放花及其种子皆受到威胁,地下闭锁花和种子则可安然渡过难关。闭锁花在地下开花结果,既可防止外界动物的任意偷食,又能和某些擅长刨食地下果实的动物达成“双赢”:我为你提供食物,你替我传播种子。在生物漫长的进化历史中,动植物间形成了高度的协同进化机制。说到这,不难想到一个很有意思的问题:落花生将果实藏在地下,是为了给人类取食,还是为了躲避某类动物的掠食呢? 

其实,闭锁花在植物界并非罕见。研究发现,目前至少有2457属植物中有地下闭锁花结实现象;地上、地下都有闭锁花的植物有1334属。鸭跖草属植物,喜欢长在水边,一旦植株全被水淹没时,就会长出闭锁花,安然度过“非常时期”,正常繁衍后代。小巧精致的堇菜属植物也是闭锁花的代表。以紫花地丁来说,春季长出开放花,紫花冠很漂亮;夏天开闭锁花,藏于根茎基部,唯有细看,才能觅到那些没有花瓣的绿色花朵。名贵药材孩儿参和京黄芩等,都有闭锁花和开放花的现象。不过,地上闭锁花的果实发育行径不一,有的可以像花生一样主动地钻到土里,有的受沙壤环境所迫,生于地表附近,易被沙土掩盖。

总而言之,开放花高高在上,尽显生命活力的飞舞与张扬;闭锁花藏于地表或地下,低调行事,甘愿充当“替补队员”。这两种类型的花都可产生大量可育种子,保障了植物在逆境下基本繁殖和新环境下异交种子的适应能力。

 

图7:京黄芩(Scutellaria pekinensis)的开放花,颜色漂亮,

 

图8:京黄芩Scutellaria pekinensis的闭锁花

 

图9:孩儿参(Pseudostellaria heterophylla)的开放花。

图10:孩儿参Pseudostellaria heterophylla的闭锁花。 

感谢:罗艳博士对本文提出的宝贵建议,提供的精彩图片。

注:本文已发表于2013年第3期《科学画报》。



博物之旅
https://blog.sciencenet.cn/blog-434526-671744.html

上一篇:春天的画卷
下一篇:茴香的味道
收藏 IP: 221.213.45.*| 热度|

37 陈湘明 张婷婷 赵斌 刘洋 庄世宇 武夷山 陆雅莉 苏德辰 冯大诚 曹聪 陆俊茜 李学宽 朱晓刚 强涛 木士春 陈筝 徐大彬 李伟 陈沐 刘光银 廖晓琳 李土荣 张文超 张玉秀 蔣勁松 鲍海飞 陈杰 吉宗祥 李本先 罗帆 杨正瓴 anran123 crossludo yunmu GW88 zhangcz07 aliala

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (34 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-11-22 17:01

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部