你知道吗?在我们看来,植物的世界是那么和谐、静谧、美好。其实,植物每天都面临动物的采食、践踏、破坏,还要抵御各种各样的病虫害入侵。可以说,植物每时每刻都面对被蚕食、被破坏的危险。为了生存,它们也要进行积极有效的防御。那么,植物是如何进行防御的呢?
1.物理防御
在干旱地区,植物获得一点水分是十分不易的,动物们还想通过摄食从植物身上获取营养和水分。如果任由它们采食,植物的生存就不能保证。在长期的演化过程中,很多旱生植物的身上长出了尖刺,使掠食的动物不敢轻易接近和践踏。例如,仙人掌科植物近卫柱(图7-6)的叶退化成了叶刺,既减少了水分的蒸发,又起到了防御敌害的作用,有利于它在干旱的环境下生存。还有松树的针叶,芦荟的边缘带刺的叶子,沙棘的特化成木刺的茎,让草食动物无从下口,能够让很多动物打消掠食的想法。麻叶荨麻(图7-7)的叶子上布满毛刺,动物接触后会感觉发麻、疼痛,所以它们在山上成簇生长而没有动物采食。
图7-6 近卫柱
图7-7 麻叶荨麻
以上说的是对动物的防御,其实空气中还到处都存在着各种各样的致病菌,植物又是如何防御的呢?有的树木枝干表面布满了厚厚的死细胞(树皮的一部分),让致病菌无法生存。有的植物枝叶表面覆盖了一层蜡质,既可以保存水分,又能防止病菌入侵。有的植物茎叶上布满了绒毛,也可以减少致病菌入侵的机会。
2.化学防御
有些植物如松树、柑橘树能分泌黏稠的树脂(图7-8),树脂散发出的特殊气味令寄生虫无法安身,也让很多打算以松树、柑橘枝叶为食的动物退避三舍。200多年以前,瑞典植物学家林奈在拉普兰进行科学考察的时候,当地正流行一种“瘟病”,成千上万的牲畜死亡。林奈仔细研究后发现,导致这种瘟病发生的是一种植物——毒芹(图7-9)。毒芹的茎叶都含有毒芹碱,可以起到自我保护的作用。如果人误食了毒芹,就会出现头痛、恶心呕吐、手脚发麻的症状,误食过多会全身瘫痪、昏迷,甚至死亡。牛羊误食了毒芹之后,也会出现和人类似的症状。由于当地人不知道病因,没有采取措施避免牛羊继续误食毒芹,导致一批又一批的牛羊相继死亡,人们将这种病误认为是瘟疫,其实只要不让牛羊吃毒芹就可以避免。
图7-8 树脂
图7-9 毒芹(刘铁志供图)
好马为什么不吃回头草?是因为经过马啃食的青草会迅速木质化,纤维素增多,让马儿觉得这些啃过的青草艰涩难咽。被啃咬过的青草释放到空气中的化学物质还会令马儿食欲降低,头晕眼花。所以我们看到马儿在吃草的时候一般不走回头路,其实是它的无奈选择。在沙漠里有一种植物叫骆驼刺,因为它含水极少而且又坚硬多刺,一般的草食动物对它无可奈何。骆驼是高度适应沙漠生活的动物,它们的嘴唇和口腔不怕骆驼刺,但骆驼在吃骆驼刺的时候也只能站在上风头,而且吃几口就得换一棵再吃,不然它就会被骆驼刺释放的化学物质熏得头昏眼花甚至晕倒。
图7-10 两型豆(刘铁志供图)
此外,植物还能互相传递信息,做到共同防御。两型豆(图7-10)被二斑叶螨侵染后,与其相邻的两型豆也能产生抵御二斑叶螨的化学物质,以减少害虫的啃咬。这是植物之间相互帮助的一个例子。
那么,植物做出这些反应的生理基础是什么?研究表明,植物在长期的演化中具备了能产生“它感化合物”的能力。这些“它感化合物”在植物代谢中不起作用,却能在植物防御动物方面发挥重要的作用。“它感化合物”可能是生物碱、氰化物、萜类、糖苷等物质,动物如果摄入了这些物质,轻则伤身,重则致命;“它感化合物”也可以是树脂等让动物闻到就没有食欲的物质;“它感化合物”还可能是蛋白酶抑制剂等影响草食动物消化的物质,草食动物在摄食“它感化合物”以后消化不良,腹痛腹泻,这让它们再也不敢轻易摄食这类食物;“它感化合物”还可以是一些挥发性的类似于信息激素的化学物质,一棵植物受到草食动物的啃咬摄食,附近的其他同种植物就能收到它发出的化学信号,并迅速产生让细胞木质化、让细胞产生毒素等的变化,等草食动物过来摄食时,让它们感到口味变差,甚至头昏眼花,就无心摄食而离开了。
3.间接防御
前面我们讲的植物防御策略都属于直接防御。直接防御虽有一定效果,但需要消耗大量的物质和能量,而且时间长了也会造成草食动物做出适应性反应。所以,植物要防止草食动物的侵害,仅靠直接防御是不行的,通过长期的演化很多植物有了间接防御能力。例如,玉米受甜菜夜蛾幼虫危害后,释放出萜类、吲哚等化合物,吸引小茧蜂在甜菜夜蛾幼虫体内产卵,导致甜菜夜蛾因繁殖率降低而减轻对自己的危害。有些植物能够避开昆虫活动的高峰期,早早地开花结果,避免昆虫的采食。有些植物能一次性产生大量的种子,即使被动物吃掉了很多,仍然能够留下一些作繁殖之用。例如,橡树结橡子就非常特殊,它们并不是年年结果,而是间隔几年突然产生大量的橡子,让松鼠等动物吃也吃不完,留下来的橡子就可以生长成新的橡树。在接下来的几年里橡树不再生产橡子,这就防止了松鼠对橡子的依赖,以利于下一次繁殖。
4.合作共赢
长期的演化,让某些植物与动物建立了合作共赢的关系。洋槐分泌糖分吸引蚂蚁,蚂蚁为了安全和取食方便就住在洋槐的树洞里。同时,蚂蚁也会帮助洋槐驱赶前来采食树叶的昆虫。
在巴西热带雨林里,有很多动物都是专门啃食树叶的草食动物,有一种名叫蚂蚁树的桑科植物却有对付这些草食动物的好办法。它的花叶能产生蜜露,吸引一种益蚁住在自己中空的茎秆里。茎秆就像笛子一样,在侧面有许多小孔,这是益蚁在蚂蚁树上开凿的进出通道。这样,蚂蚁树既给益蚁提供食物,又给它们提供休憩繁殖的巢穴,这里就成了益蚁的家园。当啃咬树叶的其他动物来临的时候,益蚁就会倾巢出动,群起而攻之,把这些动物赶跑。即使大型草食动物遇到一群蚂蚁的攻击也往往不胜其烦,只好拔腿离开,这就是蚂蚁树的生存策略。
在亚马孙河流域的原始森林里,有一种植物叫日轮花。日轮花长得非常娇艳,它能发出像兰花那样诱人的阵阵芳香,但比兰花的花香还要浓郁,在很远的地方都能闻到。如果有动物被它的花香吸引前来采蜜,就会被它那细长如鹰爪一样的叶子牢牢缠住。此时,躲在日轮花旁边的黑寡妇蜘蛛就会蜂拥而至,这种蜘蛛能分泌神经毒素,动物被它咬伤后会很快毙命。黑寡妇蜘蛛吃了动物之后,它们的粪便就成为日轮花的肥料,所以日轮花和黑寡妇蜘蛛是互利互惠的关系。如果人不慎碰到了日轮花,也很可能会像动物那样被黑寡妇蜘蛛毒死。所以当地的土著居民都知道日轮花的厉害,看见它就会远远地避开。
古巴有一种棕榈树名叫蝙蝠棕。蝙蝠棕上部的叶片非常繁茂,向上生长。下面的叶片则略显干枯,向下低垂。蝙蝠是昼伏夜出的动物。它们晚上出去觅食,白天寻找安全的地方休息。蝙蝠棕高达14m,树干上枝叶交错,一般的肉食动物爬不上去。下部的叶片间隙正好可以给蝙蝠提供休憩场所。到了傍晚,蝙蝠活跃起来,纷纷飞走。此时,正好到了燕子休息的时候,有大批的燕子飞到棕树上过夜。到了清晨,燕子起床,蝙蝠又来了。蝙蝠和燕子的粪便掉落在棕树下面,时间长了竟可厚达30cm,为棕树提供了丰厚的肥料。
5.丢卒保车
如果动物体内感染了细菌、病毒等病原体,体内的免疫系统就会马上行动起来,消灭这些病原体。倘若植物受到了病原体的侵害,它也会马上做出反应。它会在侵染点周围形成木栓层或胶质层,就像是构筑了防御病原体扩散的城墙,将病原体固定在某一区域,进而分泌一些化学物质将其消灭。除此之外,植物会在病原体侵入后产生过敏性反应,形成坏死枯斑,一段时间后甚至能从植物体上脱落下来,这样植物以牺牲掉自己身体的一小部分为代价,遏制了病原体的扩散和发展,维护了整个机体的健康。