中国科学院昆明植物研究所
location
当前位置:首页 > 科学普及 > 科普文章
left
科学普及
科普文章

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:  |  发布时间:2017-03-16  |  作者:张井雄、吴建强  |  浏览次数:  |  【打印】 【关闭

 

  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56 cm。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

参考文献 

  1.Yoshida, S., Cui, S., Ichihashi, Y., and Shirasu, K. (2016). The haustorium, a specialized invasive organ in parasitic plants. Annu Rev Plant Biol 67, 643-667. 

  2.Press, M.C., and Phoenix, G.K. (2005). Impacts of parasitic plants on natural communities. New Phytol 166, 737-751. 

  3.Mower, J.P., Stefanovic, S., Young, G.J., and Palmer, J.D. (2004). Plant genetics: gene transfer from parasitic to host plants. Nature 432, 165-166. 

  4.Quantification of tomato and Arabidopsis mobile RNAs trafficking into the parasitic plant Cuscuta pentagona. 

  5.B.Runyon, J., Mescher, M.C., and Moraes, C.M.D. (2006). Volatile chemical cues guide host location and host selection by parasitic plants. Science 313, 1964-1967. 

  6.盛晋华, 张雄杰, 刘宏义, and , . (2006). 寄生植物概述. 生物学通报 41, 9-13. 


中国科学院昆明植物研究所

版权所有 Copyright © 2002-2016 中科院昆明植物研究所,All Rights Reserved 【滇ICP备05000394号
地址:中国云南省昆明市蓝黑路132号  邮政编码:650201    点击这里联系我们  手机版