不只会“吸血”,菟丝子竟能帮助植物进行沟通交流
09-14 17:23:42 来源:少年科学画报

少年科学画报消息,植物之间是如何进行交流的?有些植物通过空气发出化学信号,有些植物依靠地下土壤中的真菌构建起“因特网”。但最近的一些研究发现,寄生藤也可以帮助植物间进行沟通交流!

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寄生植物似乎会对寄主产生不良影响,但它们却可以将许多植物连接成一个“网络”,植物则通过寄生藤进行相互间的交流。

本研究所指的寄生植物是菟丝子,为旋花科菟丝子属下的一个种。最开始菟丝子并没有什么特别,它们在土壤中生出薄的卷须,没有根和叶。但继续生长需要通过嗅探植物的气味找到一个宿主,这种植物好像动物一样,甚至可以用气味追踪喜欢的宿主,比如西红柿,而不是小麦。

一旦发现一个合适的宿主,菟丝子会缠绕在植物的茎上,并且从接触宿主的部位伸出尖刺,戳入宿主直达韧皮部。由于菟丝子细胞中没有叶绿体或叶绿体很少,它们必须像吸血鬼一样吸取宿主体内的养分以维生。小小的藤蔓之后会长成盘根错节的巨大藤蔓缠绕在植物上,所以菟丝子又被称为“勒死草”“女巫的头发”等。

沟通网络

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菟丝子可以将“毒牙”刺入很多植物中,在植物之间建立起沟通网络,即使是在不同种植物之间也可以办到。即使是一颗菟丝子,也有能力在许多植物之间建立联系,例如一颗菟丝子幼苗可以连接至少100颗大豆植物。

研究人员指出,菟丝子可以从宿主处获取水、营养物质、代谢产物和mRNA,它们的桥梁甚至有助于宿主间病毒的移动。但是,正如《美国国家科学院院刊》上报道的那样,这些桥梁似乎也提升了宿主间的沟通能力。

宿主间不只有“闲聊”,菟丝子的网络——“连接宿主的桥梁”还可以进行有价值的社区服务,如植物彼此间发出警告,防止受到吃叶子的毛虫的攻击。

建立桥梁

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许多植物能够抵御食草昆虫,使用各种策略来警告邻居和保护自己。它们可能产生防御毒素,例如,动员植物的各个部分以协调全身反应。

昆虫取食不仅激活了植物的防御系统,而且引起了植物维管束中未知的移动信号,将损坏的叶片、完好的叶片、根系联系在一起。

由于植物发送这些信号是通过它们的维管系统,研究人员怀疑菟丝子可以在不经意间在宿主间分享信息,创建另一个通道用于交流。为了寻找答案,研究人员把两颗大豆植物(编号为1号、2号)相互靠近,允许澳大利亚菟丝子(菟丝子)寄生在上面,很快菟丝子就构建起了两宿主之间的桥梁。

幼虫和战争

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接下来,研究人员允许其中1号大豆植物被毛虫侵害,而保持2号大豆植物上没有毛虫。2号大豆始终都没有被毛虫侵害,当研究人员检查2号大豆植物的叶片时,发现有上百个基因都重新调整过了,其中许多基因编码了当受到攻击时经常使用的抗虫蛋白。

当研究人员允许毛虫攻击2号大豆植物时,发现它始终表现出对昆虫的高度抵抗力,这表明它先发制人的防御措施起到了作用。但是是什么触发了这些防御呢?

研究人员又在没有菟丝子搭桥的情况下做了相同的实验,发现2号大豆植物中并没有形成抗虫蛋白,也没有阻挡毛虫的能力。由此可见是1号大豆植物通过菟丝子向2号大豆发送了警告信号。

菟丝子不能传递高速的信息数据,但可以在30分钟内将宿主之间的信息传递过去。而且菟丝子可以将信号传输较远的距离,至少可以传输10米。即使是两个不同物种的宿主,菟丝子也可以建立彼此的联系,如南芥和烟草。

进一步研究

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由于毛虫可能对大豆植物造成灾难,这种警告似乎对植物有很大的好处。但菟丝子仍然是寄生植物,通过消耗宿主来维持自身的生长。菟丝子对植物造成的危害要多于对宿主的帮助。

当然,寄生物有动机使它们的宿主活下来,因为毕竟它们要依靠宿主才能活下来。寄生物除了会让宿主死去,也会为宿主带来其他好处,如蛔虫已被证明能增加人类的生育能力,其他蠕虫可以减少人类自身免疫性疾病和过敏等。

菟丝子在建立植物间的联系时自己也能获益,因为当宿主不被毛虫等侵扰时,宿主则会提供更多的营养物质给菟丝子。但研究人员也指出,菟丝子可以在多种植物间建立联系,这很有可能只是一个巧合,而不是共同进化的反应。接下来,需要更多的研究来进一步解释这一现象,包括信号具体是如何传播的、这一行为具有的生态意义等。

这项研究有助于我们更好地理解我们周围的生态系统,那些看起来安静、被动的植物,比我们想象中的更复杂。

原标题:不只会“吸血”,菟丝子竟能帮助植物进行沟通交流!

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