百花絢爛的背後—植物的性〈7P〉

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百花絢爛的背後—植物的性

 
出品：科普中國

製作：中國科學院西雙版納熱帶植物園 劉光裕

監製：中國科學院計算機網絡信息中心

動物通過生兒育女來延續香火，而植物通過開花結果來繁衍後代。為了保證種群基因庫代代相傳，植物經過億萬年的時間，進化出了古老的孢子生殖、快速高效的無性生殖，以及五彩繽紛的有性生殖。特別是植物有性生殖的進化，為世界增添了色彩，為人類提供了無限的美感。

植物的繁殖器官—花，是當今世界最為繽紛多彩的植物構建。直到 1.25 億年前，花才第一次出現在地球之上。在短暫的地質歷史時期內，有花植物數量劇增，形態、顏色、組成都快速進化，展示出極為複雜的繁殖策略。

在此，我們以植物的性為題，為您解讀植物繁殖的秘密。

1. 孢子：最古老的繁殖方式
 
圖 1 蕨類孢子
孢子，是苔蘚、蕨類、藻類和真菌類等植物繁殖的方式。自然界中，有很多植物既沒有花，也沒有種子，而是依靠獨特的「孢子」來繁殖後代。如圖中的蕨類孢子，它生於葉子背面，是一種沒有營養的單細胞，成熟後可直接發育成為植株。孢子這種簡單繁殖方式早在幾十億年前的寒武紀之前的藻類植物中就已經盛行，如今依然被諸多的「低等植物」使用，孢子無疑是植物繁殖最重要的方式之一。

2. 無性繁殖 ：克隆
 
圖 2 景天科植物「不死鳥」
在植物界中，很多植物繁衍後代並不需要開花結果，只需要一個枝條，一塊根莖，甚至一片葉子即可繁殖出一個新個體。這種無性生殖又名克隆生殖，在進化上屬於很原始的繁殖策略，但也是植物最為重要的生存策略之一。如景天科植物——不死鳥對這個策略應用自如，它可以通過珠芽繁殖，快速產生大量後代。從名字中的「不死」二字，我們就能感受到它頑強的繁殖能力和生命力。

3. 花與性：花兒為什麼那樣紅，那樣黃，那樣白
 
圖 3 多姿多彩、形態萬千的花朵（上為一品紅、左下為大果西番蓮、中下為天南星珠芽磨芋、右下為蓖麻）
花是植物的繁殖器官，或者說是植物最重要的性器官，其功能都是為了吸引傳粉昆蟲，並結出果實。

為了達成這個看起來很單一的目的，花為何卻如此多樣？

這是一個頗為難解的謎題。我們且通過一些經典案例來了解一下花的多樣性，如一品紅的花實為變態的葉，西番蓮花實為特化的花絲，磨芋的花為獨特的佛焰苞，蓖麻花則為上下分離的雌雄花序。

4. 無油樟的意義：達爾文之謎
 
圖 4 世界上現存的孑遺植物無油樟，雌雄同花，同時被認為是世界上最早的花（文獻圖）
1898 年，偉大的達爾文在《物種起源》里，提出了一個令他頗為不解的謎題。達爾文說，如果物種是逐漸演化的，那麼為什麼在幾十億年的時間裡，有花植物都不曾出現，而到了白堊紀的時候（距今 1.4 億年，約恐龍大滅絕之後），有花植物突然就大量出現了呢？

通過多年的研究，科學家發現了世界上現存最為古老的有花植物是無油樟（Amborella trichopoda），一種生活在澳洲孤島上不起眼的小灌木。基因組分析表示：無油樟具有 2 億年歷史，剛好處於裸子植物與被子植物進化的過渡階段，其染色體突然加倍，很可能是促進無油樟產生花朵的原因。

5. 石中花語: 化石中的花起源
 
圖 5 最古老的有花植物遼寧古果和李氏果，及最早的菊科植物化石（文獻圖）
默默無言的化石，總能告訴我們很多自然的歷史。管中窺豹，通過三個植物化石，遼寧古果、李氏果和菊科頭狀花序，我們可大致了解一下花的進化歷史。

（1）遼寧古果（Archaefructus liaoningensis）。

據化石復原後的圖像，得知其為出水開花植物。遼寧古果距今 1.45 億年，被認為是世界上最早的花。

（2）遼寧出土的白堊紀（距今約 1.24 億年）真雙子葉化石——「李氏果」（Leefructus mirus）。

這植物外形和毛茛科植物很像，簇生的單葉呈三裂狀，還有一個假果，是迄今發現最早的有花植物。化石保存完好，精美無比。

（3）菊科（如蒲公英、向日葵、雛菊）是世界上最大的科之一，具有 2 萬多種植物。

在阿根廷發現的一個化石（Raiguenrayun cura），表明菊科的歷史超過了 4 千 5 百萬年，抑或更久。

6. 植物也分公母
 
圖 6 葎草（Humulus japonicus）為雌雄異株植物，它有一條碩大的性染色體 Y，但並不直接決定葎草的性別
人類很早就意識到了植物的性別問題。

中國人在 2200 年前的《爾雅》一書中，就認識到桑樹具有公母的差異。植物的性別系統，可簡單分為雌雄同花，雌雄異花，雌雄異株。桃梨杏梅，乃經典的雌雄同花，雌蕊與雄蕊生於同一朵花之上；南瓜的雌花和雄花都在同一植株上，稱之為雌雄同株異花；還有一種則完全分公母，像桑葚或葎草，雌雄個體開不同的花，稱之為雌雄異株。植物還有其它一些更為複雜的性別系統，如番木瓜，我們將在下一個故事中詳細介紹。


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