地下结实的生存智慧
2020-10-12崔华威
崔华威
生活在沙漠中的动物,比如沙漠蝎子、蜥蜴、跳鼠,大多会在地下挖洞,藏身其中以躲避高温暴晒。这是动物对恶劣环境的适应。那么,植物有这种技能吗?
落花生的结实之谜
植物不会挖洞,但却能把珍贵的种子“藏”在地下。讲到这,很多人会想到许地山笔下的“落花生”。“落花生,落花生,花儿落地果就生”,当我在教室念完这句俗语,问学生们“花生的果实是否结在地下的根上”时,许多人答“是”。
其实,花生的果实结在地上的枝条上。花生的生根、出苗、长叶、开花,与其他常见植物无异。开花后,花生才会显示出自己的与众不同:花生的可孕花(长在分枝的下端)授粉后子房不急于膨大,但子房柄会不断伸长。伸长的子房柄和子房像一根织围巾的“织针”一样(学名叫“果针”)。“织针”向下不断伸长,着陆,入地——这一过程被称为“下针”(“开花下针期”是花生的重要生育时期)。然后,“针头”在地下膨大,发育成果实。所以,土中的花生不是结在根上,而是通过“果针”连着枝条。
图:花生果针钻入土壤形成果实过程示意图(作者为张静雯)
正因为要“下针”,所以花生最佳的种植地是土质松软的砂壤土。在我国,山东、河南一直是花生主产地。其中一个原因便是两省位于黄河下游,有大片以砂土为主的黄河冲积平原。因为要“下针”,所以花生生长后期的重要栽培措施为除草与培土。除草是为了给“果针”清除“下针”障碍,培土是为了缩短“下针”的距离。
地下结实有利有弊
花生为何如此“叛逆”,要把果实埋在地下呢?一种常见解释是:其果实要在黑暗中才能生长。这种说法有科学试验支撑:研究人員曾将开花授粉后花生的一部分子房用黑色纸袋完全套住,将其余的暴露在阳光下。结果,以黑袋遮光的子房成功发育为果实,暴露的子房则未能发育。
但是,这种解释只是花生地下结果的一种表现,笔者推测其根本原因是:花生起源于南美洲热带、亚热带地区,为了适应那里干燥而风大的沙土环境,花生便将果实藏在阴凉的地下,这和沙漠动物“挖洞穴居”是同样的道理。另一方面,沙土地带植被稀少,缺少遮挡隐蔽物体,将果实埋在地下可以防止动物捕食,利于后代存活和基因传承。而且,花生身材娇小,匍匐生长,植株下部很容易被流动的沙子覆盖。这是强大的进化压力,迫使果实在“活埋”下得以存活。
地下结果可以躲避动物的捕食,对抗极端环境,但同时也存在不利于种子传播的缺点——同胞之间以及母株与子代之间存在严峻的生存竞争。因为种子在地下散落,只能留在母株附近,无法依靠风力、水力或动物被带到远方。
主动出土的白番红花果实
那么,自然界有没有更完美的地下结实植物呢?相信很多人听过名贵药材“藏红花”——鸢尾科番红花属植物番红花的干燥柱头。花瓣呈紫色的藏红花,有一个开白花的亲戚——白番红花。这种花朵洁白的植物主要分布于哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦等中亚国家,在我国仅分布于新疆伊犁河谷。白番红花是一种有重要观赏价值的早春花卉,是名副其实的“春之使者”。
同落花生一样,白蕃红花也把果实结在地下。开花时,子房(果实)在地下约两厘米处发育,在黑暗中生长约一个月。这期间,幼果下部的果梗不断伸长,最终将果实顶出地面,令其重见天日。白蕃红花椭球形的果实在地面继续发育成熟,果皮由乳白变成黄绿并慢慢开裂,将种子暴露于地面,再借助水媒、风媒、或动物(蚂蚁)实现扩散。
从结实过程看,花生属于开花后再将果实埋藏的“后入土”方式,而白番红花的果实先在地下发育,临近成熟时在果梗的推动下露出地面,是“先地下,后出土”。地下结实,可以躲避动物取食,还能利用土层保温,对抗极端环境,这是白番红花在不利环境下进化出的特殊技能。此外,主动出土的绝招可将“子孙”散布到远方,帮助种族更好的繁衍。
生物进化是生物长期与环境相互作用的结果,关于地下结实的原因,以上只是笔者从宏观的角度,用生态学的观点所做的简单分析。更加详尽的解释有赖于群体遗传学和分子生物学研究的不断深入。生命科学和生命本身的复杂性决定了其研究之困难,但这也正是其迷人之处,不是吗?