大自然的匠心独具:奇特的种子(一)丨凡此种种

编者按:种瓜得瓜,种豆得豆,种子到底有多神奇?中科院之声与中国科学院昆明植物研究所联合开设“凡此种种”专栏,为大家讲述种子的有趣故事,介绍大自然中匠心独具的种子植物。

种子是裸子植物和被子植物的繁殖和散布器官,由胚珠经过传粉受精形成。虽然只包括种皮、胚和胚乳三个部分,但它们在形态和结构上却千变万化,并且每一种种子都有其独特的物种特性。目的就是为了能够采用合适的方式,成功散布出去,使该物种顺利繁衍。下面这些种子有的见证了“沧海桑田”的变迁,有的因特殊形态而被赋予了独特的文化内涵……

植物活化石——银杏

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白果、银杏叶、银杏植株(从左到右)

银杏 (Ginkgo biloba)为银杏科(Ginkgoaceae)植物,是现存种子植物中最古老的孑遗植物,早在2.7亿年前就已出现。50万年前,随着第四纪冰期的到来,其它银杏种类都已灭绝,只留存了现今的一种,且其野生居群目前仅存在于我国南部地区,故被称为植物中的“活化石”。但因银杏树形优美、寿命长、遮荫好,可作庇荫植物,叶片独特美丽,可作观赏植物,故后被其它国家大量引种,但基因测序显示,它们都源自我国的浙江天目山野生居群。

银杏生长较慢,从栽种到结果需要20多年,40年后才能大量结果,因此又名“公孙树”,有“公种而孙得食”的意思。

成熟银杏种子的外面为一层肉质的黄色或橙色外种皮,掉落地面腐烂后,会发出一种类似黄油酸败后产生的难闻味道,这曾为吸引恐龙前来取食的强烈信号,却为现代动物和人类所不喜。去除外层种皮后,就露出了由白色骨质中种皮包裹的种子,俗称白果,香糯可口,为人们所喜食。但由于其内含有氢氰酸毒素,毒性较强,故不宜多吃,更不宜生吃。

孑遗植物——水松

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水松植株、水松球果、水松种子(从左到右)

水松(Glyptostrobus pensilis)曾在中生代白垩纪至新生代上新世广泛分布于北半球,但受第四纪冰期的影响,北美、欧洲、日本等地的水松都先后灭绝了,仅在我国的南部和东南部,以及老挝留存至今,成为了古老的残存种,它们对研究杉科植物的系统发育、古植物区系、古地理及第四纪冰期气候都具有重要的科学价值。目前我国的野生水松株数已不到1000株,为国家Ⅰ级保护植物,IUCN红色名录极危种,急需人们的精心保护和深入研究。

水松种子长5.85-8.28毫米,宽2.42-4.02毫米,厚1.03-2.08毫米(不带翅),呈长椭圆形或卵状披针形;背腹面稍扁;两侧具棕褐色、纸质狭翅,顶部具长3.52-8.81毫米的矩圆状披针形长翅。这些形态结构特点不仅能使水松种子借风飘离母株一段距离,减小子代与亲代的竞争,得到更大的生存机会,拓展种群空间;还能在落水的情况下,继续漂浮于水面一段时间,在风的吹送下,寻找到安全的着陆点,发芽生长,完美适应母株生长于河流两岸这一习性。

在生理方面,水松种子没有休眠;且胚已分化完全,具有了3-5枚长2.20-2.41毫米的条状针形子叶,以及长3.77-4.11毫米的圆柱形下胚轴。因此能在适宜条件下,快速萌发,尽早成苗;并在丰富胚乳的支持下,快速生长,在与其它物种种子该环节的竞争中取得胜利。

水松之所以能够经历上亿年地质与气候变化而幸存下来,种子确实功不可没!

“富贵”种子——云南金钱槭

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古代铜钱、云南金钱槭果实、云南金钱槭果枝(从左到右)

云南金钱槭 (Dipteronia dyerana)是我国特有植物,为高5-12米的落叶乔木,具有极高的科研、经济与生态价值。

云南金钱槭的果实呈圆形,四周为纸质周翅,较薄;直径为2.39-4.86 厘米;9-10月成熟后就由绿色变成了黄褐色,在形色、大小上都似一枚古铜钱。且由于该种的天然分布地就为云南,故名云南金钱槭。云南金钱槭的多枚果实常常簇生于一个果枝上,远看就如许多穿在一起的铜钱串。一阵秋风吹过,云南金钱槭的果实就会盘旋而下,再在地上随风翻飞一番,远离母株,创造属于自己的天地去了。

由于云南金钱槭的分布区较狭窄,仅限于云南省屏边、蒙自、文山、富宁等县;生境特殊,易受人为干扰;植株常遭砍伐作薪,种群小而分散;种子富含脂肪,可榨油供食用及工业用,常遭采摘,加之种子仅有薄薄果皮和种皮在起保护作用,在自然条件下贮藏期只有两年,自然更新困难,故而濒危,现被定为国家Ⅱ级保护植物,急需保护。

“相思”种子——相思子 

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相思子种子及其制成的项链

相思子(Abrus precatorius)美丽的种子,使人一见便会情不自禁地想起王维“红豆生南国,春来发几枝。愿君多采撷,此物最相思。”这首被人们千古传诵的古诗。

相思子的种子为椭圆形或圆形,长5-7毫米,顶部有脐的三分之一为黑色,下部三分之二为红色,整个种子色泽鲜亮,质地坚硬,富有特色,因此常被制成各种饰品。

但你知道吗,这么美丽的种子却含有剧毒,其种子中的相思子毒蛋白和相思子碱能强烈抑制细胞蛋白质的合成,因此人只要误食其一粒破损的种子,就会有性命之忧。

当然,种子中的这些毒素,并不是专门针对人类的,而是为了防止病菌的侵害和动物的过度采食,从而保证该物种能够顺利繁衍,是植物在长期进化过程中形成的一种自我保护和防御机制。

长寿种子——莲

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莲的果实、莲果实纵剖图、莲花(从左到右)

莲(Nelumbo nucifera)花“出淤泥而不染,濯清涟而不妖”,以圣洁高雅的气质获得了人们的喜爱,为千百年来诗人墨客争相歌咏绘画的主要题材之一。

花谢果现,莲的成熟果实长1.5-2.5厘米,呈椭圆形或卵形,镶嵌于喷淋头状的花托内,仅顶端露出。只有待花托变干,隔室口变大后,才会掉落水中,或者只有当花托落入水中腐烂后,才会释放出来。为了适应其水生环境,莲的果皮特化为角质,极为坚韧,且厚达0.5-0.6毫米,具有较强的抗压性,能对内部的种子起到极好的保护作用。另外,在果皮的表皮细胞下面,存在着一层坚固而致密的栅栏组织,能有效防止水分进入;幼果果皮气孔下面原本进行气体交换的气孔道,在果实完全成熟后,也会缩小并封闭,从而使果实变成一个密封舱。

莲的种子也因此具有了较深的物理休眠,即尽管其胚已分化完全,具有了2枚一长一短、弯折的绿色子叶和黄绿色、条状的胚芽,以及黄色、圆柱形的胚根,但在适宜的发芽条件下仍不能萌发,只有待果皮和种皮破损,水分大量进入后,才会顺利萌发。靠着果皮与种皮之间,胚与胚乳间空隙中保留的大约0.2cc的空气,以及黄白色胚乳的营养供应,莲种子的寿命就居然可达1288(±250)年,成为我国自然条件下寿命最长的种子,真是让人惊奇不已!

参考文献:

1. 杜燕,杨湘云,李涟漪,李慧. 种子故事:珍稀濒危植物种子[M]. 昆明:云南科技出版社,2020.

2. 李玉媛,郭立群,胡志浩. 云南国家重点保护野生植物[M]. 昆明:云南科技出版社,2005.

摄影:李涟漪

来源:中国科学院昆明植物研究所

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