没有根叶,靠寄生也能疯狂生长,南方菟丝子到底何方神圣?

昆明植物研究所 张井雄 2018-08-06 金沙正网,必博平台,黄金城正网,澳门Q8娱乐城

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  我是一种独特的植物,我没有叶片,也没有根,我靠吸收其它植物的水分和营养生活。我叫南方菟丝子。

  我还是一粒种子。当雨水浸透土壤,我吮吸着甘甜的雨露,身体慢慢膨胀,直到厚厚的种皮被我顶破。透过土壤,我依稀能看到外面的光亮了。

  几天后,我终于破土而出,这个时候的我和许多普通植物幼苗都不同。我没有子叶(也就是种子刚萌发出来的时候,顶部两片小小的绿色的"叶片"),也没有真正的根,只是一根黄白色的、半透明的丝状体。我的幼苗上部分开始慢慢地像挥舞马鞭那样不断转动,向远处探寻,寻找寄主——那棵能为我的生存提供营养的植物。

 

菟丝子幼苗出土时没有子叶

  寻找寄主拼的不仅是实力,还有运气。我的体内存储的营养非常有限,我必须在营养和能量耗干之前找到寄主,否则就会死去。事实上,在一周到两周内找到寄主的幸运儿,只是很少一部分罢了。我想,这就是我们菟丝子产生很多种子的原因吧!

  我是个幸运儿,没花很多时间,就碰到了一棵临近的大豆!我本能地先把自己缠绕到大豆的茎上,然后立即启动了寄生模式。我的身体很快发生变化,有的地方逐渐凸起,形成植物学家称为"吸器"的组织。吸器开始插入寄主大豆的茎内部,不断长大并分化出不同的结构,这些结构和大豆的营养、水分传输系统紧密地结合着。

  哈哈!两天后,我成功地完成了我的第一次入侵,开始从寄主得到营养。

  一周后,我的身体变得充盈、健壮,不断舒展延伸。我不仅得到了水,得到了糖,还得到了氨基酸、蛋白质和矿物质。由于营养源源不断的供应,我逐渐长大,却发现自己仍然与周围植物相差很大。我没有叶片也没有根,只有藤蔓状的茎!怎么回事?我竟然缺少了一般认为植物必须有的根和叶片!但植物学家说,我依然还是一种高等植物。

  寄生完成后,菟丝子攀附在寄主植物上疯狂地生长。

  其实,我们菟丝子并不孤单。除了菟丝子,世界上还有四千多种寄生植物,所有的寄生植物都全部或者部分依赖寄主生活。我们也有一个共同的特征,那就是所有的寄生植物都进化出了吸器。所以,也不能说吸器是我们菟丝子所特有的。

  寄生植物对寄主的依赖程度不同,有的没有寄主就不能生存(专性寄生植物,比如我们菟丝子),有的也可以自己独立存活(兼性寄生植物);有的不再具有光合能力(全寄生植物),而有些寄生植物仍可以进行光合作用(半寄生植物)。

  我的进化历史一直都是一个谜。以前植物学家让我单独成一个科,但后来发现那是不对的,又把我放到旋花科。时至今日我才知道,原来红薯、牵牛跟我还是比较近的亲戚。而更多关于我演化历程的信息,来源于不久以前基因组测序工程的完成。这项工程是中国科学院昆明植物研究所的吴建强博士课题组完成的,顺便提一下,我可是第一个被基因组测序的寄生植物哦!

  科学家们发现,我的基因组里面缺失了大量与叶片及根部功能相关的基因。于是他们提出一种假说,认为在很久以前,我们祖先并非这般模样。他们有叶也有根,独立自主地通过叶片光合作用合成糖分,通过根吸收土壤中的水分和矿质元素。他们自由地生长,是自养型的个体,却在机缘巧合中通过某种未知的机制,进化出了吸器。从那时起,自然界普通植物必须做的光合作用和吸取水分、营养等工作,对于我们就不太重要了,我们直接就可以用吸器从寄主植物里面获取。

  因此,我们的根和叶片就逐渐退化消失了。这些重要器官的发育和生长是由很多基因控制的,我的祖先不断的把这些基因丢掉、丢掉,到我这里已然所剩不多。也正因如此,才造成我今日的不同。至于吸器是怎么进化来的,目前还没有结论,但科学家们根据研究结果提出,吸器的产生可能与根相关。

 

寄生模型示意图 

  一个有趣的现象是,我很少生病,吃我们的虫子也不多。难道我对病虫害有免疫吗?其实不是这样的,研究发现我的基因组里面抗病和抗虫的基因非常少,是祖先们把病虫害响应的基因丢掉了。较为可信的解释是,我们都没有了叶片和根,失去了这些容易发生病虫害的器官,就难以得病了,所以还保留那么多抗病的基因干什么呢?都丢掉吧!

  还有一个让人们大跌眼镜的事情是,我的基因组里面还丢失了很多与控制开花时间相关的基因。普通的植物有一套非常严密的基因网络,可以通过感受温度、光照等外界因素来控制自己什么时候开花,这样才有了一年四季不同植物在不同时间开花的景象。很有可能我的开花时间的调控和普通植物也是非常不同的。怎么不同,为什么不同?我还是等待科学家们揭开这些事情的谜底吧。

  我得感谢科学家们,帮我们解开了这么多的秘密。不过,我的小小的身体里面还藏有很多有趣的故事呢,真期待科学家们帮我揭晓更多的答案!

 

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