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當別的種子匆匆離家,這些種子卻在媽媽身上發(fā)芽

把科學帶回家 2022/11/19 22:59:14 責編:遠生

植物開花結果后,總是想盡辦法把種子連同果實“甩”到別處去,讓它們落地后自力更生。

紅樹 | 圖源:Wikipedia

然而,自然界中卻有這么一群植物寶寶,還沒等到落地,就“迫不及待”地在母親懷里萌發(fā)了。正如動物受精卵在媽媽腹中發(fā)育成胎兒,這些種子直接在母體上萌發(fā)的現(xiàn)象也被稱為胎生(vivipary,又稱胎萌)。

胎生現(xiàn)象在植物界并不常見,但在熱帶和亞熱帶的紅樹林中卻隨處可見。大約三分之一的紅樹林植物有胎生現(xiàn)象

美洲紅樹(Rhizophora mangle)胎生繁殖體 | 圖源:Wikipedia

紅樹上懸掛著的一根根蠟燭般的“果子”其實并不是它們的果實,而是種子在果實中萌發(fā)后,胚軸伸長形成的胎生繁殖體。它們一邊從母體吸收營養(yǎng),一邊靠著自己的葉綠體進行光合作用。

當繁殖體在母樹上萌發(fā)到一定階段后,才會像“箭”一樣墜地扎根。一些繁殖體在樹上長到半米長才離開母親,可以說是“巨嬰”了。

總花紅樹(Rhizophora racemosa)繁殖體長長的胚軸 | 圖源:Wikimedia Commons

植物胎生又分為顯胎生隱胎生,前者你可以看到還在樹上的種子萌芽突破了種皮、果皮,明顯從果實中探出來,而后者則是悄悄地在果實中發(fā)芽,只有切開才能看出來。

在紅樹林里,有 8 個屬的植物都是以胎生為主要繁殖方式,其中紅樹科植物的 4 個屬是典型的顯胎生,包括紅樹屬(Rhizophora)、秋茄樹屬(Kandelia)、角果木屬(Ceriops)和木欖屬(Bruguiera)。

顯胎生的紅樹和秋茄樹突破種皮的過程 | 圖源:DOI: 10.17521 / cjpe.2016.0087

另外 4 個不屬于紅樹科的屬是隱胎生,包括海欖雌屬(Avicennia)、蠟燭果屬(Aegiceras)、水椰屬(Nypa)和假紅樹屬(Pelliciera)。

這些紅樹林里的植物為什么選擇如此奇葩的“下崽”方式?

植物自己恐怕沒得選,生活在條件惡劣的海岸潮間帶,唯有適者才能生存。

潮間帶每天潮漲潮落,紅樹林的根部會長時間浸泡在海水中。被水淹沒的根系呼吸不暢,而且海水的鹽濃度又很高,讓內陸植物天天泡在這樣的鹽水浴中,你就可以收獲一批“咸菜”。

紅樹的根系 | 圖源:Wikipedia

而紅樹學會了在這樣的地方“踮起腳尖”,它們發(fā)達的根系高高抬起,還從地下探出“筍”般的呼吸根。它們的組織細胞也能夠過濾、排出鹽分,不讓自己咸死。

紅樹林地上密密麻麻的呼吸根 | 圖源:Wikipedia

成熟的紅樹能夠自如應對海水環(huán)境,但小家伙們可不一定。就像動物胎生相比于卵生的優(yōu)勢,先在母體上發(fā)育的繁殖體,離開母體時的起點就比種子高。一方面,繁殖體的胚軸已經相對成熟,長而發(fā)達的胚軸有更大的概率能直接扎進灘涂里,順利扎根;另一方面,繁殖體長期和母體相連,繼承了母體的鹽離子濃度,更容易適應母體所在的環(huán)境,即使漂流也可能存活數十天。

紅樹幼苗 | 圖源:Pixabay

大多數植物種子只有找到適宜環(huán)境才萌發(fā),否則就休眠,就像千年古蓮子。而胎生植物的種子沒有休眠期,它們必須快速開始面對殘酷的環(huán)境。休眠期的長短是由激素調控的,脫落酸(ABA)是一種促進植物休眠,同時抑制萌發(fā)的激素,胎生紅樹胚胎中的脫落酸濃度比一般植物要低

普通植物的種子在休眠期含水量會降到 8% 左右,而胎生植物的種子始終保持較高的含水量,畢竟水分也是萌發(fā)的必要條件。

生活在海灘邊的少數仙人掌植物也會采用胎生方式,讓種子暫時呆在果實的“象牙塔”里,萌發(fā)后再獨立。

仙人掌的胎生現(xiàn)象(上:Ferocactus herrerae,下:Stenocereus alamosensis) | 圖源:Cota‐Sánchez et al. (2007)

常見的作物在特殊環(huán)境下也會出現(xiàn)胎生現(xiàn)象,比如玉米、水稻、草莓、番茄。

番茄、甜椒、西柚的胎生顯性 | 圖源:Cota-Sánchez, J. H. (2018)

這一般是由于環(huán)境過于潮濕溫暖,成熟的種子在果實內部剛好達到萌發(fā)條件就會這樣。

草莓種子直接在植株上萌發(fā) | 圖源:Wikipedia

還有的植株與休眠相關的基因突變了,種子不再休眠,于是就直接在母體中萌發(fā)了。農作物提前萌發(fā)會影響收成,需要盡可能避免。

你可能還聽說過胎生狗脊,這種蕨類的學名叫做珠芽狗脊(Woodwardia prolifera)。

珠芽狗脊上的珠芽萌發(fā),就像葉子長在葉子上 | 圖源:inaturalist

“珠芽”不是由受精卵發(fā)育而來的種子,也不是孢子,而是植物的營養(yǎng)繁殖結構,和塊莖、塊根一樣,可以用來無性繁殖,長成和母體一樣的新植株。

薯蕷屬植物如山藥、黃獨葉腋間長的“豆”也是一種珠芽,每個珠芽可以獨立發(fā)育成新植株。

黃獨(薯蕷屬)的珠芽 | 圖源:Wikipedia Commons

像這樣的營養(yǎng)結構直接在母體上發(fā)育成幼體也不算真正的胎生,只能算“假胎生”(pseudovivipary)。

假胎生一般出現(xiàn)在生存條件惡化,植物沒精力有性繁殖的時候,索性就搞個分身,先保住自己的基因再說。

這一點動物也差不多,要是生活艱難,找對象不如先干飯。

參考資料:

  • https://docs.qq.com/doc/DRlBhdWdrVXJNUUJl

本文來自微信公眾號:把科學帶回家 (ID:steamforkids),撰文:Mirror

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關鍵詞:植物,科普常識

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