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第10章 植物与生态(3)

世界许多国家都有对植物种子专门的研究和保存机构。我国北京、南京、庐山、昆明等植物园和农、林、牧、园艺等研究单位,一般都设有种子研究室,开展种子标本的收集。北京植物园多年来坚持调查、采集植物种子的工作,并与国内外各植物园及40多个国家300多个植物研究单位进行种子交换,截止1986年,又收藏种子达6000多号,250余科,3500多属,20000多种,变种或栽培品种。但其中大部分是作为植物种子标本保存的,用于形态学,分类学研究。

目前,国内几个主要植物研究机构,已具有保存植物种子的相当能力,并逐渐由单收种子标本转化为收集种子标本和保持种质相结合,建立中国植物种子库,为保存我国丰富的物种和优良的农林、园艺品种资源迈出了可喜的一步。

§§§第7节“花为媒”还是“媒为花”

绚丽多彩的鲜花,历来为人们所赏识。我国有一部颇有影响的戏剧《花为媒》,说的是美丽的鲜花促成了一对恋人的美满婚姻。事实上,洁白的百合花,鲜红的玫瑰花,神秘的康乃馨等花,多少都与爱情这个主题有关。花儿为人做媒,那么,谁又为花儿做媒呢?也就是谁成了花儿传粉的主要媒介?

我们知道,在江河湖泊乃至广阔无际的大海中,水生被子植物常以无性繁殖进行传宗接代,即以断枝或无性繁殖芽等形式进行繁殖。但它们有时也进行有性繁殖,而且往往十分有特色,其传粉方式主要有两种:水面传粉和水中传粉。

川蔓藻科、水鳖科及水马齿科的多数种类都在水面上进行传粉。较为突出的例子为水鳖科的苦草,苦草又称鞭子草或扁担草。它原产亚洲,我国的江湖中亦较常见,它是一种冗水无茎草木,其丛生的叶子长可达2米,而宽只有5~10毫米。雌雄异株,扎根于水底淤泥中。早在1869年,J.Scoff就对其传粉作了生动的描述。当雄花成熟时,在“午日阳光下,无数小花(雄花)从佛焰管释放出来,像小小的气球一直上升到水面,萼片稍稍破裂,其中两片萼片反折成小舵状,第三片萼片则卷曲成帆形,使雄花扬帆使舵去寻找露出水面的雌花。”其实,当雄花浮出水面并开放之时,原来卷曲的雌花花柄迅速伸长,将雌花顶出了水面。雄花的花粉具黏性,而雌花的柱头呈流苏状,故很容易借助于水的流动而达到传粉的目的。授粉后,雌花又借螺旋状的柄收缩而被拉回水下,果实在离河不远的水中成熟。

另一类水媒传粉则在水中进行。1826年,法国探索家及植物学家在西澳大利亚鲨鱼湾首次作了观察。他注意到,角茨藻科Amphibolis antarcticc的特异丝状花粉像棉絮一样,以一条条“长绳子”散布在海水,寻找躲躲闪闪的雌花。

他说的Amphibolis属的花粉甚至可达5毫米之长。这些能弯曲的细长的花粉粒的比重和海水差不多,所以,在海水中很容易和雌花中光滑而具有黏性的柱头相遇。另外,茨藻属的一些雌雄同株的种类,雄花常位于雌花上方,由于其花粉粒含有丰富的淀粉,比水的比重大而上下,散落到位于下方的成熟柱头而受精。

领略了一番水媒传粉的景观以后,让我们再来看看热带丛林中的传粉方式。热带丛林中由于枝叶较密,风力较小,故虫媒花的数量占一定优势。值得注意的是,有时鸟类、蝙蝠及一些其他的草食性小哺乳动物,也把花粉和花蜜当做主要食物,从而充当了传粉者的角色。

蜂鸟、太阳鸟等体积小如蜂、蝶类的小鸟,经常成为花粉的携带者,它们在偷吃花蜜或花粉时,头部及身体的羽毛常沾满了花粉。这些小鸟的最大特点是能靠翅膀的高速扇动(有时可达50次/秒)而停留在空中,它们在花间或停或飞,犹如蜻蜓一般,非常灵活。另外,它们的喙特别长,舌头亦高度特化,有的呈长吸管状,以利于插入花中像唧筒一样吸取花蜜,有的舌头两侧呈毛刷状,如毛刷舌蜂蜜鹦鹉(又称小鹦鹉),有利于获得花粉。

花儿和鸟儿密切配合、相映成趣。有的花是为辛苦的鸟儿准备了“降落台”,如极乐鸟花属的花瓣前方成了蜂鸟着落的地方。鸟儿的压力使花瓣分开,暴露出花药与来访者嘴的下表面接触而散出花粉。当蜂鸟采访另一朵花时,经历同样的过程而可能实现异花传粉。由于鸟儿的胃口较大,有的花为此专门贮备了大量的花蜜,如生长在热带美洲和西印度的蜜囊花属的某些种类。

常见的鸟媒传粉的植物还有:壳斗科的绢毛栎属,山龙眼的银桦属,锦葵科的木槿属等部门种类。一般说来,鸟媒传粉的花大多较大而健壮,有的还须忍受鸟嘴刺穿花朵吸蜜所造成的创伤。另外,鸟媒花的颜色通常较为鲜艳醒目,这些特点都有利于鸟儿传粉。

色彩各异的鸟儿白天穿梭于林中,晚上大多都休息了,而有的花却偏偏晚上开放,它们往往散发出一种类似于丁酸的气味,据说与蝙蝠本身的气味很相似,从而吸引了蝙蝠。我们知道,蝙蝠是一类具有飞翔能力的哺乳动物,它们通常以植物的果实、种子或昆虫等作为食物,以花粉或花蜜为食的种类是很少的。1892年,M.W.Burck在印度尼西亚的Bogor植物园首次观察到蝙蝠传粉。一般来说,这些蝙蝠的嘴和舌特别长而尖,而相应的花则往往有较长的花梗——花粉产量也较高,如芭蕉属、猴百合属、榴莲属等。

除了蝙蝠,许多小型的草食性哺乳动物也能吃花粉。只是这些哺乳动物的食量更大,有些甚至吃多汁的管片,如夏威夷夜鼠。在澳大利亚,有一些树柄型的袋鼠也经常偷吃树上的花蜜。

可见花的“媒人”确实很多,不同种类的花具有不同乃至专一的传粉媒介。在绝大多数情况下,花的这些媒介都导致了异花传粉,即一朵花的花粉被传至同株或不同株的另一朵花上。

异花传粉具有极重要的生物学意义,它提高了后代生活力和对环境的适应能力,对生物的进化是有益的。另外,无论是风、水,还是昆虫、鸟、蝙蝠等,它们的传粉活动都是无意识的,多出于本能,因而极易受外界环境的影响,如温度过热或过冷,风力过大或无风,都会使传粉成功率下降。对农作物来说,则直接影响其产量。因此,在实际工作中,人们常常用人工授粉的方法来弥补其不足。

如在一般栽培条件下,玉米都是雄蕊先熟,到雌蕊成熟时,往往因得不到及时传粉而导致缺粒、秃顶等现象,人工辅助授粉可使其产量提高8%—10%。不过这一来,人也成了花的“月下老人”了。

§§§第8节荒岛是怎样变成绿洲的

先让我们一起回到1883年。那年东印度群岛爪哇附近的火山岛——克拉卡托岛火山爆发后,岛上变成一片荒芜,所有的生物都被毁灭,而离该岛最近的有生物的小岛却在40公里之外。

以后的情况似乎出乎人们的意料,不到半个世纪,岛上又有低矮却很茂盛的森林了。这个过程到底发生了什么变化?幸好一位有心的植物学家揭开了这个谜底。他做了认真仔细的观察后发现:火山爆发后九个月,只见一个蜘蛛在独自织网,可未发现有可以捕食的生物。三年之后,情况发生了显著变化,岛上已有11种蕨类植物和15种显花植物。十年之后幼小的椰子树沿岸生长,野生甘蔗到处可见,兰花也有4种之多。25年之后,有263种动物在岛上居住,包括昆虫、鸟及陆生蜗牛等。不到半个世纪,岛上基本上是郁郁葱葱了。

岛上的植物从何处而来?天上掉下来的?不错,有一部分确实是风吹到岛上,这些植物的种子或孢子很轻,有的种子上还附生有毛、翅等,如蕨类植物、兰花等。那位植物学家发现岛上32%的植物是由风吹来的。另外大约8%的植物是由鸟类、昆虫及会游泳的动物以及人类带来的,其余约60%的植物是从海上漂浮而来的,如椰子、甘蔗等。

从这则荒岛变绿洲的小故事中不难看出植物是如何旅游的。除了人为的传播如下种播种、人工种植等之外,自然界中植物的传播和这则小故事中的情况类同。我们知道,孢子植物是通过孢子来繁衍后代,种子植物中,除了一部分植物常以营养体进行传播并繁衍后代外,所有的种子植物都可以通过果实和种子传播。从果实和种子的关系来说,种子是新一代植物体的雏形,而种子外面的果实则起着保护、供应营养、利于传播等作用。所以,果实和种子的传播问题,实质上是种子通过各种方式的传播,为植物体繁衍后代。

1.风力传播多数植物的果实和种子是借助于风力进行传播的,它们一般细小质轻,能悬浮在空气中被风吹到远方,如兰科绒叶斑叶兰的种子只有1/50毫克,稍一有风,便高高飞起。有些植物的果实还具有附属器官,如蒲公英的连萼瘦果上有长长的喙,喙的顶端长了一圈冠毛,风吹时,蒲公英便成了一种广布的伴人植物,菊科植物的果实也都有类似的情况。此外,有些果实具有细长的绒毛,羽状的缩衣柱头、翅果等,这些结构自然十分适合于风力传播。

在风力传播类型中,最为有趣的也许是风滚草类型了。这类植物只有在草原和荒漠上才常见。风滚草类型的植物通常强烈分支,当种子成熟时,植株基部容易断裂,有时甚至连根拔起,劲风一吹,植株如圆球般随风滚动,细小的种子乘机到处散落,如沙拐枣、无翅猪毛菜、丝石竹等。

2.水力传播生长在水生环境和沼泽地的植物,它们往往借水力来进行传播,江河、湖泊乃至汹涌的大海都可能成为果实传播的媒介。据统计,能漂泊过海的果实就有100多种,其中最有名的要算椰子树了,本文一开始讲的小故事便是典型的例子。火山爆发以后,沿火山岛的椰子树显然是通过海水而传播的,椰果的中果皮疏松,富有纤维,这些都可以防止水分侵蚀并使其在水中漂浮。此外,椰果还有大量的椰汁,供种子发育。因此全世界的热带海岸均有椰子树生长,成了热带海岸风光的景观之一。莲的果实也很特殊,其倒圆形的臌大花托称为莲蓬,组织疏松,极适于水力漂浮。

3.动物和人类的传播有人曾形象地称之为“动物帮忙,免费旅行”。事实上,许多植物的果实表面具有刺(如鬼针草)、倒钩(如苓耳)或黏液(如豨莶)等,它们易依附于动物的羽毛或人们的衣裤等处,不知不觉地被带到了远方,有时甚至漂洋过海,如菊科的豨莶。它的缩衣管片上密布腺毛,能分泌黏液,连同果实粘到动物或人们身上后就很难除去。俄国的克里木半岛,原来没有豨莶,后来长满了这种草,1828年俄国骑兵从这半岛上经过,马尾上附着许多豨莶果实,随后传至拉脱维亚,后来又传到匈牙利、奥地利、法国乃至美国、南美洲和澳大利亚,前后只用了60年左右的时间。19世纪末,澳大利亚的豨莶广泛蔓延,泛滥成灾,致使羊毛身上沾满了豨莶的果实,造成羊毛的质量大大下降。近年来一些原产北美的恶性杂草,如加拿大一枝黄花、肠草等在我国的广泛传播,也有类似的原因。

豨莶等的果实传播是“免费”的,有的植物则往往给传播的动物以一定的报酬,有时甚至颇为丰厚。如山上野生的茅栗、锥栗等壳斗科植物的坚果,成为松鼠等啮齿动物的美餐,它们常常把果实搬运至洞穴内,除一部分被啮食外,残留的坚果就可能萌发。其他如鸟、蝙蝠、蚂蚁乃至人类都会在饱餐的同时成为义务散布果实的一员。

4.自我传播许多果实成熟时都能借助于自身的结构而巧妙地将种子散布出去。如常见的豆科、十字花科的果实,它们在成熟时往往噼啦作响,借果实的开裂将种子弹射出去。另有一种我们较为陌生的植物喷瓜,产于东亚地区,它的种子快成熟时,种子周围的组织都黏化,同时果实和果梗的联系衰弱,在果实脱离果梗的一瞬间,果皮立即收缩,黏液裹着种子一起向果梗外喷射出去,竟达5~6米。不过,你若有机会欣赏喷瓜的绝技时,千万留意,别让它射进眼中,因其种子外的黏液有毒。

其实,弹射和喷射都不算奇,美洲产的美粒成熟时竟能轰然炸裂,飞出的种子常炸伤树上的鸟类。同产美洲的跳豆更绝了,它的部分种子成熟时竟能跳动。当然,跳豆本身不会跳动,这是由于跳豆种子中一种昆虫的幼体在跳动。此外,禾本科针茅属的颖果、 牛儿的苗科的部分果实能自动地钻入它所根植的泥土中,倒也算得上绿色植物界内比较少见的现象了。

§§§第9节植物共生现象

达尔文的进化论学说认为,自然界中生物之所以能进化,主要在于相互竞争,弱肉强食,从而导致适者生存,不适者遭淘汰的结果。这很容易使人较多地注意到自然界中相互对立、斗争的一面,而忽略了互恩互惠、相互帮助的一面。事实上,无论是动物和动物之间,植物和植物之间,或是动、植物之间以及动植物和微生物之间,都广泛地存在着共生协作的关系。共生的结果,往往使双方更能适宜环境,从而导致了生物的进化。了解一下奇妙的共生世界,也许对我们会有许多启发。

共生一般是指两种生物或其中一种由于不能独立生存而共同生活在一起,或是一种生活在另一种体内,相互依赖,各能获得一定利益的现象。可见,共生现象最为重要的特点是:双方均有利或至少一方有利,另一方无害。

植物界中较为典型的共生现象有地衣(藻类和菌类共生),根瘤(如固氮菌和豆科植物的共生)、菌根(真菌和高等植物的根共生),其他还有昆虫和一些花之间的特异共生等。

在空气新鲜的野外丛林中,我们留意一下树干表面,枝杈上或裸露的岩石上,常常可以看到灰白色或褐色,呈叶状、壳状乃至枝状的植物体,这便是地衣植物。地衣无花、无果,也无根、茎、叶的分化,属于低等植物。解剖一下并仔细观察,就会发现它是一类由真菌和藻类组合而成的复合有机体,通常真菌菌丝缠绕并包围藻类细胞。藻类经光合作用,制造有机物供给自身及真菌,真菌则吸收水分、无机盐和二氧化碳等以供藻类的需要。有人曾试着把两者分开,结果藻类照样能生存,而真菌却不存活。地衣这个共生体除了营养供应上相互弥补外,还具备了极强的生命力,无论是高山绝顶、沙漠裸石、北极冰原还是高原地带,均能见到它的踪迹。据统计,全世界共有地衣种类25000余种。另外,生长于峭壁和岩石上的地衣,能分泌地衣酸腐蚀岩石,促使岩石逐渐风化,为日后苔藓等高等植物的生长创造条件。所以,地衣是自然界的开路先锋。近来人们发现地衣中的特殊化合物已达100多种,其多具抗癌能力。其他地衣,如作为监测环境的指示植物等,就不一一介绍了。

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