兔年将至,“卷”了一年的大家即将喜提春节假期,终于可以短暂的休息一下啦~但是有这样一种植物不仅每分每秒“卷”自己,还要时时刻刻“卷”别人,它就是“肆无忌惮”的菟丝子。菟丝子也被形象地称为黄丝、金丝藤。菟丝子是旋花科菟丝子属植物(Cuscuta spp.)的统称,是种缠“卷”生长的一年生草本;共计约170种,主产于南北美洲等地,广泛分布于世界各地。
菟丝子在我国南北均有分布,我国常见的种类有菟丝子(C. chinensis)、南方菟丝子(C. australis)、原野菟丝子(C. campestris)和欧洲菟丝子(C. europaea)等。
以菟丝子为代表的寄生植物具有一种独特的多细胞器官——吸器,该器官是寄生植物区别其他植物的显著特征。作为菟丝子和寄主之间的物质和信息交流通道,吸器的存在通过细胞水平上将两个迥异的物种建立起了别样的“缘分”。菟丝子通过缠绕的方式,在与寄主植物接触后会立即启动吸器的形成。凸起的吸器可以穿透寄主植物的表皮、皮层,最终与寄主的维管束组织形成广泛连接,从寄主获得水分、营养物质和有机代谢物等,以此维持自身生长。
大部分植物含有叶绿素,可以自力更生,因此一般都是自养生物。而菟丝子属于完完全全的异养植物,因为它们不含叶绿素,生长所需营养全靠寄主提供;也不像有的寄生植物属于半异养身份,在寄生宿主的同时也会利用自身叶绿素通过光合作用来解决部分养分需求,比如桑寄生科的一些植物。
中科院科研人员在构建南方菟丝子高质量参考基因组的基础上,发现菟丝子和同家族的牵牛花在分化前共同经历了一次全基因组三倍体加倍事件,丢失了自养植物中11.7%的保守同源基因。该成果解释了菟丝子根丢失和叶退化的现象,并推测其在进化过程中为了更好地适应寄生环境,主动将部分生理功能和器官退化,只保留生长发育和繁殖所必需的结构,以便从寄主身上汲取营养。
研究发现五角菟丝子对不同方位的番茄都表现出明显的趋向生长性,在移除植物、只放置番茄挥发物质的情况下依然表现出与番茄植株相似的趋向效果。进一步分析吸引菟丝子的番茄挥发物,发现其主要成分为α-蒎烯、β-月桂烯,2-蒈烯,对伞花烃,柠檬烯和β-水芹烯等物质。菟丝子响应7种挥发性成分的偏向性生长实验表明单独成分对菟丝子的生长方向同样具有明显的吸引力,但均不如番茄挥发物的整体响应强。
此外,科研人员发现菟丝子对番茄口味的喜欢更胜小麦一筹,对小麦挥发物中的某种成分具有显著的排斥作用。
有研究发现南方菟丝子的开花时间竟然与寄主植物的时间高度一致!在不同的寄主植物身上,菟丝子的开花都表现出这个规律。植物体内存在一类调控植物开花的重要物质叫成花素。在适宜的环境条件刺激下,植物的叶片会产生成花素,并且从叶片长距离运输到顶端分生组织诱导其开花。研究发现导致菟丝子开花的信号物质来源于寄主植物的成花素,即菟丝子通过“窃听”寄主植物的开花信号来保持一致的开花时间。