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植物:我不内卷 但我的须卷(2)
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摘要:研究人员找到了豌豆发生卷须现象的关键调控子——HD-ZIP Ⅰ,它通过抑制叶片舒展,从而使叶子变态发育形成卷须。此外,科学家们通过实验证明,可以
研究人员找到了豌豆发生卷须现象的关键调控子——HD-ZIP Ⅰ,它通过抑制叶片舒展,从而使叶子变态发育形成卷须。此外,科学家们通过实验证明,可以通过该基因来调控豌豆卷须的发生,从而推测出豌豆的卷须进化产生跟该基因的获得相关。
豌豆的卷须来源于叶变态(图片来源:中国植物图像库)
3、茎变态来源的卷须
茎变态是被子植物卷须最为常见的形式,植物茎变态卷须分多次独立进化产生。
茎变态卷须植物常见于:番荔枝科、铁青树科、茶茱萸科、夹竹桃科、马钱科,蔷薇类植物下属的各个目几乎都含有茎变态卷须的代表植物。
2005年,科学家们在3342份黄瓜材料中发现了唯一的无卷须黄瓜。在它的叶腋处,本来应该生长卷须的位置,长出变态侧枝替代了正常卷须,其侧枝的末端还保留了卷曲的特征。
除无攀爬能力,这个黄瓜的其他器官均正常。研究人员克隆了控制卷须的身份基因TEN,表型观察发现TEN的缺陷卷须由茎、雄花、一片或几片叶(叶柄卷曲)构成,证明黄瓜卷须为侧分枝的变态器官。该研究成功论证了黄瓜卷须的同源器官是侧枝。
黄瓜卷须来源于茎变态(图片来源:中国植物图像库)
植物卷须为花序变态、叶变态和茎变态,分多次独立进化而成。这种亲缘关系很远、却各自独立演化出了功能相同的器官,或者因适应相似的生活方式,演化出相似的形态的进化方式,称为“趋同进化”。卷须即是植物学中,研究趋同进化的理想器官。
如何区分各种卷须?
首先,看着生位置。若卷须腋内有分枝或开花,则为叶卷须(它在叶着生的位置),若生于叶腋位置则肯定是茎卷须或花序卷须。
花序卷须的着生位置与花序相同,均着生在叶的对面,排列方式与花序也基本相同,如葡萄的卷须。南瓜的茎卷须则位于叶腋处。
其次,看形态。叶卷须着生在本来着生叶子的部位,常常是叶子的一部分的变态,有的还残留有叶的一些基本特征,如腋部有芽、托叶、叶片。例如:豌豆,一部分叶片和叶轴变态成卷须,而留有未变态托叶和一部分叶片;菝葜,托叶变态成卷须,叶片还在。
炮仗花的卷须则是由其三出羽状复叶的先端小叶变态形成三叉丝状卷须。而茎卷须着生在本来着生芽或叶腋的部位,是茎的变态,具有残留茎的一些基本特征,如分支方式、退化的叶片等。如葡萄科的乌蔹莓,合轴分枝,其卷须也是合轴分枝,有小鳞片。
乌蔹莓的卷须合轴分枝(图片来源:中国植物图像库)
卷须运动观察的开山鼻祖——达尔文
达尔文在《攀援植物的运动和习性》一书中,详细描述了10个科27种卷须植物的运动方式。
首先,植物会把它的卷须摆在易于行动的位置,如果卷须放置的位置有所移动时,它会受到重力的影响而纠正自己。有的向光弯曲,有的背光弯曲,有的对光没有任何反应,应该是哪种有利选择哪种方式。
若干天内,植物的卷须或节间,或二者会共同产生稳定的自发旋转。
卷须一旦碰到了某个物体,便会迅速且牢固地缠绕它。卷须缠住物体之后,在若干小时中,它会收缩成螺旋,把茎向上拉,并且做成一个完美的弹簧。
之后,卷须会靠着攀援物生长,不久变得非常强固和耐久。到此,卷须已经完成它的工作,并且完成得很漂亮。
达尔文真的很了不起,100多年前就指出植物也有运动能力。但是,植物只会在运动对它们有利时,才能获得且表现出这种能力。由此,了不起的达尔文无可争辩地成为了该领域的开山鼻祖。
达尔文好像有一双特别神奇的手,但凡他触碰过的领域,都布满了生命的奥妙。
植物卷须的“魔法”——向触性
达尔文在观察西番莲卷须向支柱快速弯曲运动时发现,卷须的末梢接触到支柱后,在20~30s内就能激发出明显的弯曲来。他认为,这样快速的运动不仅仅是向光性生长的机理就能解释的。
根据对一些敏感植物中所作的零星观察,他大胆地提出卷须的向触性运动是靠动物中已发现的电波传递和原生质收缩来实现的,然而这个推测受到了当时植物生理界权威的强烈反对,他们认为:植物没有神经肌肉的结构,又如何会执行这类机制呢?
文章来源:《植物研究》 网址: http://www.zwyjzz.cn/zonghexinwen/2021/0908/1811.html