一提起植物,我们总会想到勤勤恳恳的“生产者”:它们凭借光合作用自给自足、繁衍生息,养活了整个生态系统。然而,植物界中也潜伏着一群“不劳而获”的异类:它们舍弃了自主合成养分的能力,进化出专门的入侵器官,专靠从其他植物身上夺取营养存活——这便是寄生植物。
爬满常春藤的大花菟丝子(图片来源:作者自摄)
寄生植物其实并不罕见,它们的物种数量多达四千余种,约占被子植物种类的1%。在进化史上,它们至少历经了十三次独立演化,最终演变成靠“吸血”维生的形态。只是它们常隐匿于植被间,未被人们过多留意。
那么,这些“吸血鬼”究竟是如何扎根寄主、窃取养分的?在漫长的进化长河中,它们又解锁了怎样的专属生存密码?
寄生太久,根茎叶都不需要了?
寄生植物的种类五花八门,对宿主的依赖程度也各不相同。比如说松蒿(Phtheirospermum japonicum)和马先蒿(Pedicularis sylvatica)就没有那么“贪婪”,它们的叶片依然与自养植物一样,能够进行光合作用。倘使没有遇见合适的寄主,它们也能“自产自销”,自身合成养分生存,只不过没有从寄主“吸血”时长得那么快。

松蒿(图片来源:作者自摄)
然而,大多数寄生植物已经“懒惰”了太久。它们不再依靠叶片进行光合作用,也不需要根来吸收营养,于是这些器官在演化中就逐渐退化、甚至完全消失了。比如茎寄生的菟丝子(Cuscuta chinensis)、根寄生的锁阳(Cynomorium songaricum)等,都是这一类植物。

锁阳(图片来源:iNaturalist © Jakub Melicher)
一山更比一山高,更极端的例子是寄生花(Sapria himalayana),也就是大家经常听说的“大王花”。它不仅退化掉了叶和根,甚至连支撑身体的茎也退化了,只保留了最简单的花器官。在一生的大部分时光中,寄生花都龟缩于葡萄科植物的体内,直到繁殖季节才会突破寄主表皮、开花产种,可谓植物界的寄生天花板了!

寄生花又称“大王花”、“大花草”,寄生花的花朵直径最大能达到97厘米,重量达6.8公斤,堪称世界上花朵最大的植物(图片来源:张伟摄)
寄生,从种子抓起
寄生植物的生存策略,不仅体现在对寄主的寄生上,其实从种子阶段就露出了端倪,最典型的要数列当属(Orobanche)植物。
在植物分类上,列当属隶属于列当科。列当科是植物界中规模最大的寄生“大家族”,2000多种成员里绝大多数都是寄生植物:既有全寄生的向日葵列当(Orobanche cumana),也有半寄生的松蒿和马先蒿,只有钟萼草(Lindenbergia philippensis)等个别成员完全自养。因此,列当科也成为了研究植物寄生起源的经典案例。

寄生在烟草上的列当(图片来源:作者自摄)
列当属的种子极小,比如向日葵列当的种子仅有0.2毫米,只需米粒大小的空间就能容纳数百粒之多。种子微小如尘埃,营养自然有限,但列当演化出了“量大出奇迹”的繁衍策略——一株列当可产生多达十余万粒种子,随风大范围传播,从不把“鸡蛋”放在一个篮子里,而是靠概率换取生存的机会。
别看列当种子小,其实力却并不容小觑。在我国西北、东北、整个中亚及东欧地区,它们能够寄生向日葵等数十种经济作物。农田一旦被它们缠上,就如同跗骨之蛆,很难根除,会导致作物的严重减产甚至绝收。据估计,列当每年在全球造成的经济损失高达数十亿美元,其危害可见一斑。

向日葵列当种子,微笑若尘,仅有0.2微米(图片来源:作者自摄)
不同于普通植物,即使有适宜的水分和温度,列当种子也不会盲目萌发。正所谓万事俱备,还欠东风,列当种子的“东风”就是萌发诱导因子。
这类萌发因子来源于寄主,且多由寄主根系分泌到土壤中。换句话说,只有寄主在身边时,列当的种子才会萌发。这类萌发因子中,最著名的当属一种名为独脚金内酯的植物激素。这种激素原本是寄主植物与微生物互相合作的信号。“联盟”一旦建立,寄主植物为微生物提供糖类和脂类,而微生物能极大拓展寄主植物获取营养的来源。
然而,这种本属于友军的“秘密信号”却被列当利用了。列当会不失时机地利用这种激素来“窥探”周围寄主的存在,从而保证在最佳的时间萌发。不难想象,当寄主植物在生长过程中持续向环境释放独脚金内酯时,土壤里就出现了浓度的梯度变化。列当和独脚金等根寄生植物就会寻“味”而来,从而精准锁定寄主的位置。

独脚金(Striga hermonthica)为玄参科物种,也是一种寄生植物。独脚金内酯最早是从独脚金植物寄主高粱根部产生的一类化合物的统称,因其对植物生长极为重要而被归类为植物激素(图片来源:Wikipedia)
这种通过感知独特“气味”来寻找寄主的方式,在寄生植物中并不稀奇。菟丝子也采用了类似的策略,只不过它们的“感知装备”更为全面。它们不仅能“闻味”,甚至还能“看见”寄主植物。
植物对光线极为敏感,这主要得益于植物体内存在多套感光系统。其中,光敏色素能够同时感知红光和远红光,随着二者比例的不同,光敏色素的形态也不一样,其下游行为也有所不同。因此,通过感知不同的光线变化,植物就会主动朝着更多阳光的区域生长。
菟丝子则反其道而行之。与普通植物 “逃离远红光” 不同,菟丝子偏偏喜爱远红光。寄主植物反射的远红光,恰好“正中下怀”,成为指引菟丝子奔赴寄主的 “灯塔”。

菟丝子为旋花科寄生植物,因形态细如丝(丝),初生似白兔(菟)故而得名(图片来源:Wikipedia)
寄生大杀招——吸器
尽管能够找到寄主,可是想要吃到“免费的午餐”依然是困难重重。寄生植物的种子所能存储的营养极为有限,因此它们必须要在很短的时间内,建立与寄主的维管束连接,从而实现寄生。
只是,这谈何容易?寄生植物面对的,是寄主坚硬的外表皮,而这些外表皮通常是由大量的纤维素和木质素组成。这是一场的“攻坚战”,它们必须要快速攻破寄主的防御,才有可能获得生长所需的能量。
尽管起源不同,但大部分寄生植物都进化出了同一类器官——吸器。通过吸器,它们可以将自身的“血管”与寄主植物融为一体,从而轻而易举地从寄主体内获取生长所需的水分和养分。

槲寄生产生的吸器(图片来源:Wikipedia)
吸器的产生,同样也需要寄生植物先去侦查寄主的薄弱之处,这在菟丝子中尤其明显。
菟丝子幼苗萌发后,会通过螺旋式生长不断寻找寄主植物,一旦遇上就快速缠上。缠绕过程中,菟丝子表皮细胞产生的微小压力正是吸器形成的先决条件。吸器会在缠绕寄主后的二、三十个小时内快速形成,进一步分化出入侵细胞,释放纤维素酶、果胶酶等,软化寄主细胞壁,直至与寄主的木质部和韧皮部连接,最终成功寄生。

菟丝子的幼苗(图片来源:作者自摄)

菟丝子的吸器入侵寄主茎部(图片来源:作者自摄)
寄生不是终点
寄生成功,也不意味着寄生植物可以高枕无忧。它们必须时刻关注寄主的状况,以便调整自身的生长发育。
科学家发现,寄生在不同植物身上的菟丝子,开花时间会有不同,而且总能与寄主大体上保持一致。这是如何做到的?
原来,植物开花的关键在于一种名为开花素的蛋白,而这个蛋白是否启动,取决于叶片是否感知到了光照和温度等信号。菟丝子自身的开花素已经丧失了功能,但菟丝子和寄主间存在着大量蛋白的转运,其中,寄主的开花素就能够启动菟丝子的开花。正是通过“窃取”寄主的信息,菟丝子能实现与寄主同步开花,实现能量的最大化利用。
开花并非寄生植物生命的终点,它们还需要更多的策略来保证种子的存活和传播。桑寄生(Taxillus sutchuenensis)和槲寄生(Viscum coloratum)是典型的茎寄生植物,他们寄生在寄主的最顶端,悬于高枝。它们不仅能开出艳丽的花,还会结出红色的果实,对于鸟类来说,简直是梦中情树!
然而,这不过又是寄生植物的另一种欺骗策略罢了。这些看起来“美味”的果实中果肉很少,果皮中还含有粘稠度极高的大量糖类物质。这些物质难以消化,鸟儿吃完后排出粪便时,它们就会像胶水一样黏在高枝上。就这样,种子随着鸟儿的飞行,被传播到几公里甚至几十公里外,完成一次繁衍地的大跃迁。桑寄生和槲寄生就这样毫不费力地就找到了新的寄主,开启了新一轮的寄生。

槲寄生的果实显得非常美味,对鸟类来说非常有吸引力(图片来源:Wikipedia)
为了生存,寄生植物进化出了层出不穷的适应策略——从丢掉不必要的器官、减少能量损耗,到快速精准识别和进攻寄主,再到与寄主的博弈共存以及繁衍生息,其手段之新颖,其方法之巧妙,真是令人不禁感叹大自然的奥妙与神奇!