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植物晚上在干啥？吐水给敌人的敌人“屯粮”

admin2021-08-10 05:40 185人已围观

简介植物晚上在干啥？吐水给敌人的敌人“屯粮”

　　出品：科普中国

　　制作：廖鑫凤

　　监制：中国科学院计算机网络信息中心

　　你有没有注意过这样的现象：一些植物的叶片顶尖或边缘总是挂满亮晶晶水珠。

　　比如这样，

　　（图片来源：维基百科）

　　或是这样，

　　（图片来源：pinterest）

　　可能很多人都以为这是露珠。然而，这并不是。露珠一般会铺满叶面，在叶片表面形成一层水膜，水珠排列没有规律。但这些水珠会整整齐齐地排列在叶片边缘。这种奇妙的现象，叫吐水（Guttation），往往发生在植物的生长期。

　　叶片上面的露珠（图片来源：pinterest）

　　植物吐水现象并不罕见

　　三百多年前就有人观察到了植物吐水的现象，不过当时的人们只是把它当成一种偶然现象。随着在越来越多的植物（尤其是草本植物）中都发现了吐水现象，植物吐水已被如今的学界认定为普遍现象，从而也正式拥有了名字。

　　植物的吐水现象其实并不罕见，水稻、小麦、大麦、甘蔗等许多常见的植物，在生长季都有吐水现象。不同于植物的伤流或者泌胶现象，吐水并不是植物受伤后分泌液体，而是自然形成的、为了保持体内水分平衡的措施。在夏季，植物快速生长、代谢旺盛，吐水更是频繁。

　　吐水现象一般在夜晚发生，因为在夜晚，植物根部仍然在源源不断吸收土里的水分与无机盐，但植物蒸腾作用变弱，就只能通过叶子边缘的微小水孔排出多余的水分，形成叶片边缘挂满亮晶晶水珠的现象。

　　绝大多数吐出的水都会排列在叶片的边缘，这是因为叶片的边缘有特化的排水组织，称为排水器(hydathodes)，由特化的气孔形成排水孔向叶片外排水，它们紧连着一个空腔来储存水分，水分则来源于与叶子内维管组织相连的通水组织。

　　植物叶片排水器结构（图片来源：参考文献1）

　　植物“吐”的水能养活一群昆虫

　　一般而言，植物“吐水”能够排出夜晚根部吸收的多余水分，对维持植物叶片与体内的水分平衡有着重要的作用。

　　不仅如此，在后续的研究发现，叶片的排水器和维管组织是连在一起的。研究人员猜测，“吐”出的水中可能还含有维管运输的其它物质，比如矿物质、糖、蛋白质等。科学家也早已发现，有许多昆虫会吸食植物吐水形成的小水珠，但最初只是认为这些昆虫单纯在补充水分。

　　而“植物吐水含有大量营养”结论的突破口来自于蓝莓。科学家发现蓝莓不仅吐水量惊人，而且吐的水十分受昆虫的欢迎。

　　蓝莓的吐水现象，以及吃水的各种昆虫（图片来源：参考文献2）

　　这说明，植物吐水可能并不仅仅只是昆虫的水源，还有可能是昆虫们重要的食物来源。

　　为了验证这个结论，科学家采集了蓝莓吐的水，同时收集了经常采集蓝莓吐出的水的三种昆虫：包括一种果蝇（Drosophila suzukii），属于草食昆虫，一种寄生蜂（Aphidius ervi），是寄生性昆虫和一种草蛉（Chrysoperla rufilabris），是捕食性昆虫，它们代表着三个不同的营养级。

　　接下来，科学家用收集的蓝莓植物“吐”的水、纯水、糖水、纯蛋白与糖水蛋白混合液去喂养这三种昆虫。

　　结果发现，只喝纯水的昆虫不能存活下来，喝蓝莓植物“吐”的水的昆虫、喝糖水的昆虫以及喝混合液体的昆虫都能好好地存活下来。喝蓝莓植物“吐”的水的昆虫寿命甚至比肩拿糖水喂养的虫虫们。

　　喂养不同营养液后三种不同昆虫的寿命，绿线表示喂养蓝莓的吐水液

　　（图片来源：参考文献2）

　　不仅如此，科研人员还将喂养不同营养液的昆虫雌虫进行交配，让其受精后产卵，查看它们的产卵量是否会受到影响。结果表明，喝植物吐水的昆虫并没有受到影响，蓝莓植物吐水堪称“天然营养液”了。

　　通过测量，科学家也发现，蓝莓吐的水中糖与蛋白的含量都很高，分别达到1.5克每毫升和4.3克每毫升。花蜜中糖的含量约为0.4克每毫升，蓝莓植物“吐”的水比花蜜含糖量还要高三倍。（这么有营养，笔者都有喝蓝莓“吐”的水的冲动了）。

　　因此，对于采食蓝莓吐水的昆虫来说，它是一种十分好的营养来源。这可能是除花粉，花蜜、蜜露之外，植物生产的第四大类营养物质。此外让植物吐水更胜一筹的，是它产生的量、持续的时间比其它三者都要长。

　　植物吐水含有丰富营养物质，难道只是为了养活昆虫？按照自然界的规律，事情肯定没有那么简单。

　　植物的智慧：养天敌的天敌来保护自己

　　蓝莓“吐”这么多水，还是一种开放资源，似乎昆虫只要捷足先登，就都能吃上一口。那么，这种吐水现象会不会吸引大量的草食昆虫，不仅把“吐”出的水喝了，还会把植物叶子给吃光呢？

　　科学家在野外实验中统计调查了蓝莓吐水吸引到的昆虫群落。在野外，有大量的昆虫去取食蓝莓吐的水，与人工去除吐水的蓝莓植株相比，吐水植株明显吸引了更多的寄生蜂类、捕食性的昆虫如草蛉等，但吸引的草食性昆虫数量却减少了很多。也就说，蓝莓通过“吐”出的水，吸引了更多自己天敌的天敌，从而能更好地保护自己。

　　与对照组相比，吐水的蓝莓植物吸引了更多捕食性昆虫和寄生昆虫，吸引的草食性昆虫量减少

　　(图片来源：参考文献2)

　　更有趣的是，吐水的植株上，蚊子的数量明显下降了。可能是因为受到了其他捕食者的威慑，蚊子们不得不放弃了这种营养物质。这或许可以成为一种新型的防蚊手段。

　　吐水在作物中相当普遍，如果能控制农作物的“吐水配方”，说不定就能实现一种新的生物防治，让农作物自己吸引更多捕食性昆虫来对抗天敌，“借刀杀虫”，实现从上到下的防虫调控。

　　植物吐水不仅是植物重要的水分平衡调节手段，它还具有重要的生态功能，靠着吐水里的物质调控着“朋友圈”。

　　也许某一天，通过人工调控植物吐水中含有的物质，还能实现对某物质的富集。这样，我们不仅能采集蓝莓的果实，还能采收蓝莓吐的水，实现天然的蓝莓“吐水”汁生产，美味又营养。不知道那个时候，你是否愿意来尝试一下呢？

　　参考文献：

　　[1]Mondal, FLS,FIAAT, Amal. (2014). Guttatin-A Natural Phenomenon:Useful medium for production of Recombinant Proteins.

　　[2] Urbaneja-Bernat P, Tena A, González-Cabrera J, et al. Plant guttation provides nutrient-rich food for insects[J]. Proceedings of the Royal Society B, 2020, 287(1935): 20201080.