轮叶贝母的多样繁殖方式

作者:科普中国  2021-09-13 18:54  阅读 40 次

生命体孜孜繁衍,让地球生机盎然。为了壮大家族,它们各出奇招。

有这样一种聪明的植物,用独特的智慧巧妙应对恶劣的环境,实现了家族延续,它就是轮叶贝母

轮叶贝母是谁?它在传宗接代时有什么独门绝技?

轮叶贝母姐妹花(图片来源:作者提供)

贝母家族大姐大

轮叶贝母隶属于百合科内最大的家族——贝母属,全球约140种,分为8个支系,广泛分布于北半球温带地区。我国共有贝母属植物近30种,名贵中药材川贝母、平贝母都是其家族成员。野生贝母资源面临很大威胁,所有贝母均被列为国家二级重点保护野生植物。

在我国,轮叶贝母分布于东北至华北地区,生长于高海拔山坡草地或林下。在北京,轮叶贝母仅分布于密云雾灵山高海拔地区,数量稀少,已被列为北京市一级重点保护野生植物。

咱们的“造娃能手”——轮叶贝母是贝母家族中“辈分”最高的支系成员,因为系统发育基因组学研究结果显示,轮叶贝母所在分支是贝母属中最早分化出来的一支。

轮叶贝母的幼苗(图片来源:作者提供)

“江湖地位”如此高的轮叶贝母,有着何许模样?

没有成熟(不能开花、结果)的轮叶贝母仅有一枚叶片。约三年后,生长成熟的个体才能身披一轮5-7枚的细长叶片,并在花葶顶端生有一朵下垂的、深紫红色的花(偶见2-3朵)。

轮叶贝母的花(图片来源:作者提供)

每朵花由6枚花被片组成,花被片上具有方块状的紫色、红色和绿色色斑,犹如马赛克一般,十分奇特。花的中央,是棒状的子房和先端分裂为3叉的柱头。

花被片内侧的基部有丰富的透明液体,晶莹剔透,这是花蜜——蜂类昆虫的上等佳肴。即使不借助科学仪器,我们浅尝一口,就能充分感受到花蜜里极高的糖分浓度,足以比肩市场上的瓶装蜜了!

轮叶贝母的花内蜜腺(图片来源:作者提供)

轮叶贝母的果实外侧有6条纵棱,似翅膀一般,包裹着里面片状的种子,造型也十分别致。

轮叶贝母的果实(图片来源:作者提供)

轮叶贝母的生活期相对较短,4月发芽,5月开花,7月地上部分就逐渐枯萎,是典型的早春“短命”植物。

诱不来昆虫传粉,日子没法过了?!

颜色艳丽的花朵、香甜诱人的花蜜,是植物吸引昆虫以实现受精的经典手段。从传粉综合征的角度看,轮叶贝母耗费巨大能量营造了绚丽的花朵和充沛的花蜜,其目标应该是在繁育环节吸引昆虫访花。然而,轮叶贝母却偏偏选择了一个尴尬的开花时间段:早春5月。

此时的北京山区,气温尚不稳定,高海拔地区时有降雪、冰雹等极端天气。而且,此时高山上许多植物尚未发芽,开花的植物更少。

因此,早春低温和开花植物少,导致在轮叶贝母种群内活动的昆虫很少,有效传粉行为的发生几率非常低。

在长达两年的野外观测过程中,只看到过区区两只熊蜂飞进花朵!

轮叶贝母盛装打扮、备好美食,却迟迟等不到帮忙传粉的大胖妞(熊蜂),这日子真是没法过了,难道轮叶贝母只能“孤独终老”?!

绝技频出,心思用尽,都是为了卿卿!

虽然郎有情妾有意,但早春复杂多变的环境严重干扰了贝母和昆虫的互动。如此看来,轮叶贝母挑选的开花时机真是“困难模式”,在造孩子上选择了一条不归路,不禁让人担心,其种群规模可能会逐渐减小,直至消失。

然而,连续多年的野外观测发现,北京雾灵山轮叶贝母种群规模非但没有降低,反而有所上升。

这说明,在繁育环节里,轮叶贝母一定还藏着鲜为人知的“小心思”。

开花植物的有性生殖有自交和异交两种主要方式。自交即某个体自己的花粉与柱头接触、实现精卵受精并结实,后代的遗传背景相对单一,抗风险能力差,许多动物因近亲繁殖导致后代畸变甚至死亡。

异交是指不同个体间的基因交流和结合,可提高后代基因型异质性,为提高个体的抗性提供了遗传基础。

在贝母家族中,有些种类以自交为主(如平贝母),有些以异交为主(如川贝母),有些高度依赖传粉昆虫(如梭砂贝母),那轮叶贝母具有怎样的繁育系统呢?

杂交指数分析结果显示,轮叶贝母的繁育系统属于兼性异交(可自花授粉),需要昆虫或风作为媒介。花粉/胚珠比的结果表明,轮叶贝母倾向于专性异交。而人工授粉实验结果表明,异花授粉组的坐果率最高(89.66%),自然状态(87.32%)和自花授粉(86.96%)的坐果率不相上下。

综合来看,轮叶贝母还是比较希望以昆虫为媒介实现异花授粉、完成家族繁衍这一宏愿的。但是,如果无法实现异交,轮叶贝母也会毫不犹豫的选择自交。

不同于其他贝母,仅仅以某一种繁育系统为主,轮叶贝母在异交与自交之间没有显著的偏向性,大胖妞(熊蜂)来或不来,日子都能过下去,繁育方式灵活多样。好脾气的轮叶贝母随遇而安,真“佛系人生”。

贝母那带有花蜜的漂亮花朵,可谓秀色可餐。但轮叶贝母大概没有料到,这些为了吸引传粉昆虫而准备的花蜜,也是胡蜂等盗蜜类昆虫朝思暮想的美食!昆虫们吃也就罢了,山顶傻狍子们也要来“顺一嘴”,在青黄不接的早春时节里,把贝母蜜当做最可口的甜点。

胡蜂蛮横盗走花蜜,傻狍子醉卧花丛享受饕餮盛宴,光动嘴,不传粉,一点也不讲武德。

轮叶贝母被胡蜂盗取花蜜留下的孔洞(左)和被狍子啃咬的花朵(右)

(图片来源:作者提供)

更有趣的是,研究者发现人工去雄不授粉套纸袋实验组的坐果率,居然高达36.84%,这表明轮叶贝母很可能还具有一项特殊本领——无融合生殖,一种不需要精、卵结合即可产生后代的生殖方式。

我们知道,没有授过精的鸡蛋无法孕育出小宝宝。但在植物界,爸爸可不是造娃的必要条件,一些蒲公英、柑橘就具有无融合生殖这样神奇的生殖方式。

或许,历经地球千百万年生态巨变,轮叶贝母的一些个体已经可以在缺少传粉者、没有花粉参与等极端情况下,通过这种“无中生有”的方式延续家族血脉。

除了以上绝技,轮叶贝母还能通过雌雄异熟、雌雄异位等方式,来确保柱头最大程度地获取花粉粒、实现受精。她的6枚花药呈长棒状,内有大量花粉粒。由于花朵下垂、花药位于柱头的上方,因此,即使没有传粉昆虫到来,一阵微小的山风也足以让轮叶贝母摇摆起来,不可尽数的花粉粒便会飞离花药、向下飘去。

在花药下方,三枚硕大的、顶端潮乎乎的柱头正迫不及待地等待花粉粒的到来。轮叶贝母的雌性结构比雄性结构成熟得早些,只要是能被柱头抓住的花粉,都是贝母果实的“好爸爸”。

不同于大多数植物,轮叶贝母的花药是挨个成熟、散粉的,这能让它在最大程度上延长花粉量的供应时间。更让人拍手叫绝的是,散完粉的花药会不断收缩,直至原来长度的一半左右,仿佛是要尽可能的腾出空间,让其他花粉粒尽情飘散。为了累累硕果,花粉兄弟们舍生求仁,前仆后继,懂事得让人心疼。

轮叶贝母雄蕊的时空多样性变化(图片来源:作者提供)

“造娃”技术哪家强?贝母们纷纷遥望祖国东北方。轮叶贝母美貌与智慧并存,才华与气质兼备,通过多样的繁育系统类型、精妙的生殖结构及时空动态变化,为贝母家族的繁衍壮大提供了重要保障。

身为贝母家族的大姐大,轮叶贝母历经沧海桑田,积累了丰富的生存经验,也得以见证地球的伟大变迁。

参考资料:

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[3]张晓军, 崔大练, 宗宪春, 任如意, 魏继承, 司徒琳莉, 张永乐. 2010. 平贝母传粉生物学及繁育系统的研究. 西北植物学报 30(7): 1404-1408.

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