食蟲植物怎樣捕蟲

早在一個(gè)多世紀(jì)以前，食蟲植物就以它奇妙的捕蟲機(jī)構(gòu)和適應(yīng)方式，博得進(jìn)化論的創(chuàng)立者，英國(guó)著名博物學(xué)家達(dá)爾文的青睞，被視為進(jìn)化過程中巧奪天工的范例。事實(shí)上，達(dá)爾文也是研究食蟲植物生理學(xué)和行為學(xué)的鼻祖，他在1875年問世的經(jīng)典著作《食蟲植物》中，詳細(xì)描述和解釋了許多有趣的現(xiàn)象：用蒸餾水滴在茅膏萊的葉面上，腺毛不發(fā)生彎曲，用糖水試驗(yàn)的結(jié)果也相同，但把含氮化合物溶液滴在葉面上，腺毛迅速彎向刺激物。用砂?；虿Ａ挤旁诓断x的葉上，葉片不卷裹，也不分泌消化液，但改用雞蛋或肉末，葉片則卷裹并分泌出消化液，說明腺體能被各種來源的氮化物所刺激。如果觸動(dòng)捕蠅草葉片中部的觸發(fā)毛，兩張葉片就會(huì)猛然關(guān)閉，其速度之快令人驚異。達(dá)爾文揣測(cè)，必有某種像動(dòng)物神經(jīng)中電脈沖一樣的信號(hào)，由觸發(fā)毛快速傳遞到內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)細(xì)胞，并引起運(yùn)動(dòng)細(xì)胞的迅速反應(yīng)。然而，由于當(dāng)時(shí)條件等因素的限制，達(dá)爾文無法對(duì)食蟲植物捕蟲機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和消化、吸收機(jī)制作出令人滿意的解釋。長(zhǎng)期以來，食蟲植物一直是科學(xué)家們疑惑不解而又致力研究的課題。

1979年，英國(guó)威爾士大學(xué)的爵斯洛普·哈里森研究員用放射性同位素碳14標(biāo)記的海藻蛋白來喂養(yǎng)捕蟲堇，以跟蹤蛋白質(zhì)在植物體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)和腺體的活動(dòng)。通過放射自顯影術(shù)發(fā)現(xiàn)：標(biāo)記的最終消化物———氨基酸和肽隨同消化液一起，僅需2～3小時(shí)就被回收到葉子里，在不到2小時(shí)就通過莖到達(dá)根部。他認(rèn)為：捕蟲一類的食蟲植物的消化循環(huán)分為分泌和回收兩個(gè)階段，當(dāng)腺體在被捕食餌的刺激下，細(xì)胞壁多糖迅速分解，由此產(chǎn)生的不溶性糖所形成的滲透壓促使消化液外溢，液泡收縮甚至衰萎。當(dāng)分泌終止時(shí)，內(nèi)皮細(xì)胞質(zhì)凝縮，細(xì)胞核凝固成塊，產(chǎn)生不可逆變化而失控。消化產(chǎn)物和消化液是通過植株其他部分形成的擴(kuò)散梯度而被腺體回收。這一見解在當(dāng)時(shí)頗有說服力，但后來發(fā)現(xiàn)，有些食蟲植物吸收各類物質(zhì)的速度并不相同，如丙氨酸比磷酸鹽離子快，而后者又比硫酸鹽離子快。顯然，食蟲植物的消化吸收并不都遵循同一模式。聯(lián)邦德國(guó)達(dá)姆施塔理工學(xué)院的勒特奇在他具獨(dú)創(chuàng)性的試驗(yàn)中證明，像豬籠草一類的瓶狀食蟲植物，并不借助回收消化液來吸收消化產(chǎn)物，而是依靠由植物新陳代謝所提供能量驅(qū)動(dòng)的，具有選擇性吸收、特異性的“泵”來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)新陳代謝過程被抑制時(shí)，這種運(yùn)轉(zhuǎn)就局部停止。這雖已被事實(shí)所證明，但勒特奇假設(shè)的理論并非無懈可擊，迄今為止，人們還無法確定這種泵的確切位置，僅根據(jù)現(xiàn)象推測(cè)，可能在腺細(xì)胞膜內(nèi)，也有可能在內(nèi)皮細(xì)胞的膜內(nèi)。

1982年，聯(lián)邦德國(guó)海德耳堡大學(xué)的植物生理學(xué)家博普和韋伯經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，試圖解釋卷葉運(yùn)動(dòng)的機(jī)制。他們用小塊千乳酪放在茅膏菜的葉上3～4．5小時(shí)后，葉子就慢慢卷曲，乳酪塊越大，葉子運(yùn)動(dòng)就越劇烈。當(dāng)在乳酪里加入20微升，1毫克分子濃度的3—吲哚乙酸（IAA）后，這種彎曲運(yùn)動(dòng)就會(huì)大大加快。而把IAA單獨(dú)施用于葉子的任何部位時(shí)，都能引起酷似乳酪的作用。博普和韋伯認(rèn)為：茅膏菜葉片的彎曲與其體內(nèi)IAA激素有關(guān)。用2，3，5—三碘苯甲酸阻礙IAA的代謝和運(yùn)輸?shù)膶?shí)驗(yàn)表明，乳酪會(huì)激發(fā)葉片頂部IAA貯存庫，流出大量的IAA，使得葉子向乳酪一邊不對(duì)稱地迅速生長(zhǎng)，從而產(chǎn)生彎曲運(yùn)動(dòng)。事實(shí)和觀點(diǎn)雖然無可非議，但卻難以用來解釋捕蠅草在觸發(fā)毛受有效刺激時(shí)，能在1／30秒時(shí)間內(nèi)迅速關(guān)閉的現(xiàn)象。英國(guó)倫敦大學(xué)著名的醫(yī)學(xué)生理學(xué)家布東一桑德遜曾對(duì)皇家植物園中這種神奇植物的電特性進(jìn)行過仔細(xì)的研究。他在捕蠅草葉面上記錄到明晰、精確的電脈沖，并聲稱這種電信號(hào)能協(xié)調(diào)捕蠅草的運(yùn)動(dòng)方式。布東一桑德遜的驚人研究結(jié)果很快被他人所證實(shí)。加拿大渥太華卡林登大學(xué)的昆蟲生理學(xué)家雅可布森在刺激捕蠅草時(shí)，發(fā)現(xiàn)觸發(fā)毛內(nèi)具非常不規(guī)則的電干擾，似乎是這些“感受器”電位把機(jī)械撞擊轉(zhuǎn)換為電碼，再由后者激發(fā)出動(dòng)作電位。他確信：電活動(dòng)在感覺和控制捕蠅草的運(yùn)動(dòng)中，均起重要的作用。然而，這種觀點(diǎn)遭到了猛烈的抨擊，因?yàn)橹辽倬湍壳暗目茖W(xué)認(rèn)識(shí)水平而言，植物并不具有任何專門的神經(jīng)組織。實(shí)際上，電信號(hào)也只是經(jīng)外表普通的細(xì)胞傳導(dǎo)而已，且傳導(dǎo)速度緩慢，每秒只達(dá)20毫米，與高等動(dòng)物神經(jīng)中每秒可傳導(dǎo)幾千毫米根本無法比擬，足以證明電活動(dòng)在植物中并不是重要的?？茖W(xué)家預(yù)言，一旦掌握了食蟲植物的真正秘密，就可能培育出能生長(zhǎng)在貧瘩荒蕪之地，本身具有安全有效的“殺蟲劑”，兼之能自動(dòng)補(bǔ)充動(dòng)物性營(yíng)養(yǎng)，又可為人類所利用的超級(jí)植物。而這種科學(xué)假定的實(shí)現(xiàn)并不會(huì)是十分遙遠(yuǎn)的幻想。