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發現植物的秘密生活(圖)

2016-11-28 13:00 桌面版 简体 0
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植物可以依靠信息傳遞來識別親友。(網路圖片)

植物之間存在著複雜的物質和信息交換網路,研究這個網路有助於人類更好地管理大自然,並提高農業生產的效益。

雖說動植物都是人類的朋友,但人們似乎更喜歡養寵物,因為人們相信自己能猜出寵物的心思。植物則不然,它們沒有人類熟悉的信息傳遞方式,我們對它們瞭解甚少,不知道它們生活得怎麼樣,到底在想什麼。

就拿我們平時最常見的行道樹來說,它們的日子過得好嗎?除了按時澆水,定期施肥,它們還需要我們做什麼?這個問題很難回答,一旦我們發現它們需要什麼,往往就意味著它們已經病入膏肓了。

讓我們換一種思路來理解。想想看,野生植物的生存狀態和城市裡的人工植物有何不同?去真正的原始森林裡走一趟你就會明白兩者的差別還是很大的。野生狀態下任何一棵樹都不會是單獨生長在那裡的,它的周圍肯定會生長著很多同種或者不同種的樹木,還會有野草、藤蔓和各種昆蟲與之相伴。也就是說,在自然狀態下每棵樹都必須和周圍的動植物發生關係,它們之間的物質和信息交流肯定極為密切。但是,這種交流通常發生在分子層面,肉眼是看不到的,必須藉助科學實驗才能窺探到植物的秘密生活。

這種實驗難度很高,因為自然狀態下的植物密度大,物質傳遞的路線極為複雜,如何才能跟蹤這些物質的傳遞呢?這就需要請出放射性元素。日本的核電站事故讓我們意識到了放射性泄漏的危險,但其實放射性元素是研究植物通信的最佳方式,因為帶有放射性的元素其化學特徵沒有變化,科學家可以利用其放射性追蹤它的路徑。加拿大不列顛哥倫比亞大學的植物學家蘇珊娜·西馬德博士便利用放射性碳14作為標記物,發現水分和養料通常會從健康狀況良好的植物流向身體較弱的植物,好像植物懂得幫助弱者似的。她用這個方法研究了道格拉斯冷杉,發現成年冷杉會通過根系將營養成分傳遞給同種的幼衫,幫助它們生長。

營養成分的傳遞靠的是生活在土壤中的微生物,它們幫助植物吸收養分,傳遞信息,以此來換取植物提供的能量。這是一種典型的共生關係,事實上每棵樹的根系都是一個錯綜複雜的生態系統,行道樹缺的就是這個。

植物可以依靠信息傳遞來識別親友,最早發現這一點的是加拿大麥克馬斯特大學的植物學家蘇珊·達德利博士。她和同事們研究了美洲海南芥的生長情況,發現如果一株海南芥單獨生長的話,它的根系擴張便進行得毫無限制,對營養物質的吸收也是竭盡全力。但如果是一群海南芥長在一起的話,它們便會互相謙讓,彷彿知道和自己競爭的是兄弟姐妹。

進一步研究發現,海南芥是通過根系分泌物來識別對方的。這種分泌物中包含的糖分、蛋白質、氨基酸、類黃酮、苯酚和有機酸等化學物質都可能被用來傳遞信息。

植物之間的信息傳遞還能夠用來協調防衛機制。美國科羅拉多州立大學的植物學家阿曼達·布羅茲博士曾經研究過虎杖(一種紫菀科植物)的防衛機能,她用人工方法模擬害蟲的進攻,如果實驗對象的周圍長著一群虎杖,它便會分泌出植物毒素來阻止害蟲的進攻;如果實驗對象的周圍生長著一群其他植物,那麼它便不加理會,把防衛害蟲的重擔交給異類。

分泌植物毒素需要消耗能量,所以狡猾的虎杖不到萬不得已的時候是不會這麼做的。布羅茲認為虎杖之所以是一種公認的極厲害的入侵植物,就是因為它們總是協調起來一起行動。一旦虎杖侵入某個適宜生長的地區,那麼在很短時間內它便會取代該地區原有的植物,成為新的霸主。

科學家們之所以熱衷於研究植物的秘密生活,並不光是為了滿足自己的求知慾,這項研究有助於農民提高產量,降低成本。大家都知道,現代農業的特徵就是單一品種種植,這是和野生狀態截然不同的一種生活方式,很可能出現這樣那樣的問題。科學家們希望搞清植物共生的秘密,讓農作物更加健康。

南美洲的瑪雅人就很會利用這一點。他們在同一塊地上種玉米、豆子和青南瓜,而且一定要按照次序來種,即先種玉米,等玉米莖稈長成後再種豆子,莖稈剛好為豆苗提供了攀爬的支柱,而豆子則通過根瘤菌固氮,為玉米提供養分,最後再種青南瓜,讓匍匐在地的南瓜葉子擋住盛夏的陽光,保持土壤水分,度過南美洲漫長的旱季。

這種種植方法聽上去很完美,但肯定會增加農民的勞動量,也不利於機械化作業,不可能大面積推廣。如果科學家搞清楚3種植物各自的功能,並加以模仿的話,就能趨利避害,達到同樣的目的。事實上,地膜完全可以替代青南瓜葉片,木頭支架可以代替玉米莖稈,惟一無法替代的是根瘤菌,只能用氮肥來彌補。科學家們正在加緊攻關,希望有一天讓根瘤菌生活在非豆科植物的根須上。


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