科普解读:植物中的“肉食者”

植物在生态系统中被称为生产者,他们通常能够通过光合作用来吸取能量维持自身生命,然而有一些腐生植物、肉食植物却不仅仅是这样的。例如捕蝇草、猪笼草等,这类植物既能进行光合作用,又能通过食肉来摄入所需的营养。它们捕食动作迅速,猎物最终被自身分泌的液体所消化,而这种行为在其他植物中是没有的。

土瓶草是吃荤植物的代表之一,这是一种类似于猪笼草的食虫植物,它们靠囊袋,也就是捕食器被动捕虫。在强日照下囊袋会呈现出紫色,吸引昆虫,当昆虫滑入袋内,袋内的腺体就会分泌特殊的汁液将昆虫包围窒息,最终被消化液分解,供给土瓶草生长所需的营养。

土瓶草既长了食肉叶子(其中含有可以消化动物的液体),又长了非食肉叶子。那么,像土瓶草这样的植物的食肉性到底是如何形成的?

将土瓶草食肉叶子内的消化液与它的3个远亲——阿帝露茅膏菜、菲律宾猪笼草和紫瓶子草的消化液进行生物学比较,研究人员发现,在其他植物中参与应激反应的基因在这四种食肉植物中均发生了功能转变,其作用就相当于消化液蛋白。

食肉性植物一般是通过鲜艳的颜色、香味、花蜜等吸引昆虫的。在土瓶草的叶片内,与淀粉合成、蔗糖合成及运输等相关的基因通路均发生了富集,这些基因可能与花蜜的形成相关。另外,细胞色素P450基因家族在土瓶草中发生了扩张,由此形成叶片鲜艳的色泽。为了形成表面光滑的叶片使昆虫轻松掉入捕食器,土瓶草中与蜡、脂合成相关的基因(WSDI)也显著表达。值得注意的是,土瓶草所分泌的酸性消化液中有像动物肠道消化肉食、骨骼类物质的酶,其中的几丁质酶能够降解昆虫坚硬的外骨骼,紫色素酸磷酸化酶能够帮助社区磷元素。正是由于这种消化酶的存在,它们才能够将昆虫的组织溶蚀,以供己用。

植物的食肉性除了能为自身供给能量,对有效降低农业害虫数量、提高农作物产量也有重要作用。它们防虫有效期长,特别是多年生的食虫植物,防虫多年有效,并具有防虫的多效性,节省施药的人力物力。并且,由于食肉植物天然防虫,不污染自然环境,农产品无农药残毒,提高了产品质量。

(来源:农业农村部农业转基因生物安全管理办公室)

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