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植物上那些黄黄绿绿、没根没叶的丝状物究竟是啥?

文章来源:昆明植物研究所    发布时间:2017-03-16  【字号:      】

  不论是在公园还是野外,你可能会看到一些橘黄色或者淡绿色的藤状植物缠绕在其它植物上,而且没有根叶没有叶片。它们叫做菟丝子,也被称为黄丝藤、金钱草和无根草等。 

  木棍上的菟丝子 

  现存4000多种寄生植物,这些寄生植物占到被子植物的大约1%。菟丝子是非常常见的寄生植物之一,属于旋花科(Convolvulaceae;这个科里我们最熟悉的应该是红薯Ipomoea batatas),菟丝子属(Cuscuta),有大约170-200个种,主要分布于亚热带区域。菟丝子无根也无叶,只有依靠其他植物才能够生存下来,是一种典型寄生的植物。大多数菟丝子的茎是淡绿色或者淡黄色的,也会因寄主差异颜色略有不同。 

 拟南芥上菟丝子 

  野生烟草上菟丝子

  菟丝子的觅食范围很广,大约有一百多种寄主,分布于多个科,如豆科、菊科、禾本科、茄科、蓼科等植物。但是菟丝子对不同的宿主具有不同的喜好,如果遇到合适的宿主,他们就会疯狂的生长,从宿主那里获取大量的营养。这样宿主就遭殃了, 

  有的长得很慢,有的长得很小,有的干脆就被菟丝子寄生死了。如我国的南方菟丝子(Cuscuta australis)寄生在大豆和野生番茄上长得就异常茂盛,生长旺盛期,每天能增长达56cm。不同的菟丝子入侵性也不一样,较南方菟丝子而言,生活在北美的五角菟丝子(Cuscuta pentagona)的寄生性更强。 

 菟丝子寄生范围很广

  菟丝子的寄生会对作物造成作物减产,尤其是在亚热带地区和地中海地区影响最为严重,北美和中欧的也有菟丝子泛滥的报道。菟丝子造成宿主产量下降的原因包括两个方面,一是菟丝子通过吸器,深入宿主的木质部或者韧皮部,获取生长所需的一切;二是缠绕在宿主叶片,影响其光合作用。 

  菟丝子这么厉害,它是怎么实现寄生的呢? 

  菟丝子萌发过程

  这就不得不说说它的神奇武器——吸器(haustoria)。我们就来看看菟丝子是如何通过吸器形成寄生的吧。一颗菟丝子最多能有数万粒种子,尽管种子很多,但是种子个头却是很小,近几十颗种子才有米粒那么大。但是,菟丝子种子有一层厚厚的防护套。实验条件下要萌发菟丝子,必须将种子放到强腐蚀性的浓硫酸中半个小时才能去除种皮。自然条件下,菟丝子种子遇到合适的条件就会吸水、肿胀、萌发,冲破种皮,长出脆嫩的芽儿。萌发后,菟丝子幼苗就慢慢旋转寻找寄主,如果没有机会接触到寄主,幼苗就在几天后死去了;而那些幸运儿接触到宿主后,与宿主接触的部位就出现细胞分化,右手螺旋缠绕到宿主的茎或者叶柄上,接触到宿主部位的表皮细胞细胞质增多,发育成初始的吸器,这些吸器通过机械压和酶解过程穿透宿主细胞深入皮质层,形成搜寻丝(searching hyphae),深入到宿主的韧皮部或者木质部,最后形成种间胞间连丝,连接了菟丝子和宿主,并很快成为成熟吸器。这样,吸器就形成菟丝子和寄主间的营养通道Yeah! 寄生完成! 

 菟丝子的吸器

 菟丝子的吸器

  就这样,菟丝子通过吸器与宿主形成了紧密的联系。菟丝子从宿主那里获取所有需要的物质,比如糖类、氨基酸、无机盐和水等。除了水和营养,菟丝子也会从寄主里转移编码蛋白质的mRNA(信使RNA)和非编码蛋白的起到调控作用的小RNA。基于这些发现,有科学家在研究是否可以利用小RNA来抑制菟丝子重要基因的表达,从而防控菟丝子,减少其对作物的危害。 

 菟丝子寄生严重影响宿主生长

  菟丝子还从寄主转运次生代谢产物。比如,寄生不同的寄主的日本菟丝子(Cuscuta japonica)体内的次生物质含量差异显著。与其他松醇含量较少或者不含松醇的寄主相比,菟丝子寄生在松醇(pinitol)含量丰富的寄主葛根 (Pereira thunbergiana)上就含有更多的松醇。 

  除此之外,菟丝子也能能够转运病原菌,比如病毒、类病毒和。这样看来,事物总是有两面性的,这个通道是菟丝子窃取寄主营养和水分的重要途径,但是可能有害的病原菌也会随着这个通道运输到菟丝子。 

  菟丝子作为寄生植物,与宿主有着极其密切的关系。随着技术手段的不断提高,这种奇特的寄生植物与寄主间的相互作用也正在被科学家们从进化、生理生态和遗传等多方面逐渐揭开,相信在不久的将来,人们将能够利用这种关系更好地防治寄生植物,造福人类。 

  无根也无叶的菟丝子




(责任编辑:麻晓东)

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