漫談植物世界的嗅覺(jué)
——以田野菟絲子為例

◆梁 微

(徐州市第五中學(xué))

長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直認(rèn)為植物自身沒(méi)有嗅覺(jué)、觸覺(jué)等感覺(jué)，并認(rèn)為“植物的觸覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)等特征是相對(duì)于人的感覺(jué)而言……是(人類)長(zhǎng)期與植物近距離打交道時(shí)所產(chǎn)生的感覺(jué)?！比缰袊?guó)古詩(shī)詞中所云：“彈壓西風(fēng)擅眾芳，十分秋色為伊忙。一枝淡貯書窗下，人與花心各自香?！庇兄袊?guó)學(xué)者也直言不諱：“科學(xué)研究還沒(méi)有明確證據(jù)證明植物自身有感覺(jué)?！比欢绹?guó)特拉維夫大學(xué)植物科學(xué)中心的丹尼爾博士在其著作《一株植物所知道的》中指出，一株植物可以看到、聞到和感覺(jué)到。在談到植物的嗅覺(jué)時(shí)，他列舉了寄生植物菟絲子是如何依靠嗅覺(jué)尋找寄主和事物的。當(dāng)然，有這樣觀點(diǎn)和發(fā)現(xiàn)的不止丹尼爾一人。近年來(lái)，許多的科學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明植物是有嗅覺(jué)的。當(dāng)然，植物的這種嗅覺(jué)極其產(chǎn)生機(jī)能與我們?nèi)祟愂澜鐚?duì)嗅覺(jué)的認(rèn)知并不完全相同。

甜菜菟絲子(cuscuta)是一種有著細(xì)長(zhǎng)黃色枝蔓的植物，能長(zhǎng)至三英尺高，花成白色，有五朵花瓣，“種子萌發(fā)并纏繞到寄主后即生長(zhǎng)出吸器，一方面，借助吸器固著寄主，吸收寄主的養(yǎng)料和水分；另一方面，也給寄主的輸導(dǎo)組織造成機(jī)械性障礙。”在我國(guó)廣東有著廣泛的分布。通常被稱為菟絲子(dodder)，但是不同于菟絲子的是，甜菜菟絲子沒(méi)有葉子。此外，因?yàn)槿狈θ~綠素，甜菜菟絲子沒(méi)有常見(jiàn)的綠色外表。眾所周知，葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，是一類含脂的色素家族，位于類囊體膜。葉綠素吸收大部分的紅光和紫光但反射綠光，所以葉綠素呈現(xiàn)綠色，它在光合作用的光吸收中起核心作用。作為一種寄生植物，甜菜菟絲子主要從其身邊的其它植物那獲取自身的食物。通常，它會(huì)把自己附著于一種宿主植物，然后將附屬絲吸附在宿主的維管系統(tǒng)中吸取養(yǎng)分。令人稱奇的是，甜菜菟絲子竟然有自己“飲食偏好”。換言之，它對(duì)宿主具有選擇性。正如有學(xué)者指出：“該植物不僅對(duì)氣溫特別敏感，而且對(duì)寄主的種類、部位也有明顯的選擇”。

和其它植物的種子一樣，甜菜菟絲子的種子也會(huì)發(fā)芽。新長(zhǎng)出的嫩芽伸至空中，新生的根部鉆入泥土。但是，如果不能很快地找到宿主以獲取養(yǎng)分，幼芽時(shí)期的菟絲子將會(huì)死去。隨著菟絲子的幼苗不斷地成長(zhǎng)，它的莖尖部呈環(huán)形伸展，好像在探尋周圍的環(huán)境。菟絲子的這些圈狀莖葉的蔓延看似漫無(wú)目的，但是只要它周邊有任何一株植物，那么它的彎曲、伸展、旋轉(zhuǎn)則立刻變得極具方向性——它的一切生長(zhǎng)都朝著能給予它滋養(yǎng)的植物方向開(kāi)展。這也就是我們常說(shuō)的“植物的向性運(yùn)動(dòng)(Tropic Movement)”——植物對(duì)外界植物中的單向刺激而引起的定向生產(chǎn)運(yùn)動(dòng)。舉例來(lái)說(shuō)，如果菟絲子的周邊有一株西紅柿，那么它的所有生長(zhǎng)都是為了最終找到這棵西紅柿。但是，菟絲子并沒(méi)有觸碰西紅柿的葉子，而是沉下其莖葉，并不斷延伸，直到它發(fā)現(xiàn)了西紅柿的根莖。最后，菟絲子的莖葉攀附在西紅柿的根莖上，并緊緊纏繞，繼而從接觸宿主的部位伸出尖刺，戳入宿主的韌皮部，吮吸糖分，不斷生長(zhǎng)，直至開(kāi)花。

賓夕法尼亞州立大學(xué)昆蟲學(xué)家康斯薇洛·莫拉斯曾經(jīng)做過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)：她將空罐子和裝有人造植物的罐子放在菟絲子的周圍，探尋菟絲子是如何定位它的“獵物”的。結(jié)果，她發(fā)現(xiàn)無(wú)論她將西紅柿放在光線充足的地方還是陰暗的地方，菟絲子從來(lái)朝著那些罐子或是裝有人造植物的罐子的分方向生長(zhǎng)；相反，菟絲子很堅(jiān)定地朝著西紅柿的方向生長(zhǎng)。莫拉斯當(dāng)時(shí)大膽地假設(shè)認(rèn)為菟絲子能夠聞到西紅柿的味道。為了驗(yàn)證其假設(shè)的合理性，莫拉斯和她的學(xué)生們將菟絲子放入一個(gè)密封箱中的罐子里，再將西紅柿放入另一個(gè)密封的箱子里。兩個(gè)箱子由一根管子連接，管子的一頭插入裝有菟絲子的箱子。這樣，兩個(gè)箱子之間的空氣可以自由流動(dòng)。被隔離地菟絲子仍然朝著管子的方向生長(zhǎng)，這充分說(shuō)明，西紅柿散發(fā)出菟絲子喜歡的氣味，而這種氣味順著管子飄到了裝有菟絲子的箱子里。

莫拉斯又取材西紅柿根莖制成低純度的西紅柿香水，接著把蘸有此香水的棉簽放在菟絲子旁邊的罐子里。作為對(duì)照組，莫拉斯用棉簽蘸上用于制作西紅柿香水的溶劑，同樣置于菟絲子旁邊的罐子里。正如所預(yù)料的那樣，莫拉斯誘使菟絲子朝著散發(fā)著西紅柿氣味的棉簽方向生長(zhǎng)，而不是朝著散發(fā)著溶劑氣味的棉簽方向生長(zhǎng)。莫拉斯進(jìn)一步的研究也發(fā)現(xiàn)，如果將西紅柿和小麥置于離菟絲子等距離遠(yuǎn)的兩個(gè)不同的罐子里，菟絲子依舊會(huì)選擇朝著含有西紅柿的罐子方向生長(zhǎng)。西紅柿和小麥在化學(xué)成分上非常相似，都含有β-月桂烯，一種具有令人愉快的、清淡香脂香氣的無(wú)色或淡黃色液體。這種易揮發(fā)的化合物本身就能夠?qū)е螺私z子朝著它所在的方向生長(zhǎng)。但是，為什么菟絲子最終選擇了西紅柿，而不是小麥呢？為何會(huì)出現(xiàn)這種選擇上的偏好？一種假設(shè)就是西紅柿散發(fā)出的氣味的復(fù)雜性。因?yàn)?，除了?月桂烯，西紅柿還散發(fā)出兩種吸引菟絲子的氣味，形成了一種菟絲子無(wú)法抵制的香氣。相比之下，小麥只是含有一種誘使菟絲子的芳香。此外，小麥散發(fā)出的Z-3-甲基丁酸令菟絲子覺(jué)得難聞。

1983年，美國(guó)華盛頓的兩位科學(xué)家戴維·洛茲和戈登·奧利恩斯發(fā)表了一項(xiàng)與植物交流的重大發(fā)現(xiàn)，徹底改變了我們對(duì)從柳樹(shù)到利馬豆等幾乎所有植物的看法。在這個(gè)發(fā)現(xiàn)里，兩位科學(xué)家聲稱樹(shù)木之間會(huì)相互示警，以防食葉性昆蟲的襲擊。他們還注意到，如果一些柳樹(shù)已經(jīng)遭到毛毛蟲的侵?jǐn)_，樹(shù)干上布滿了毛毛蟲，那么這些柳樹(shù)周邊的其它柳樹(shù)收到毛毛蟲侵?jǐn)_的可能性就會(huì)明顯降低。這些生長(zhǎng)于受浸染的柳樹(shù)旁邊的健康的柳樹(shù)之所以能夠?qū)γx具有抵抗力，是因?yàn)檫@些樹(shù)的樹(shù)葉上含有苯酚和單寧酸。這些物質(zhì)的存在使得毛毛蟲覺(jué)得樹(shù)葉不那么可口。由于科學(xué)家無(wú)法斷定受損的樹(shù)和完好的樹(shù)之間有沒(méi)有物理上的聯(lián)系。換言之，這些樹(shù)之間是否有共同的根本或者是他們的枝干是否交織。因此，洛茲認(rèn)為，受到毛毛蟲侵?jǐn)_的柳樹(shù)肯定聽(tīng)過(guò)空氣向健康的柳樹(shù)傳遞一種信息素。通俗地說(shuō)，就是收到害蟲侵襲的樹(shù)對(duì)其尚未收到侵?jǐn)_的鄰居發(fā)出警示：“注意！保護(hù)好自己！”其實(shí)，“植物對(duì)周圍環(huán)境變化的反應(yīng)都要求植物具備完整的調(diào)控系統(tǒng)……而植物激素就是在這種調(diào)控系統(tǒng)中其決定作用的一系列信號(hào)傳遞分子。”

美國(guó)馬薩諸塞州達(dá)特茅斯大學(xué)的研究人員也有類似的發(fā)現(xiàn)。他們研究的對(duì)象是生長(zhǎng)在密封的普列克斯玻璃瓶中(一種用聚甲基丙烯酸甲酯制成的固態(tài)透明塑料)的白楊和糖槭的幼苗。我們知道，“在靜息空氣中，植物散發(fā)的氣味分子……形成一個(gè)球形的活動(dòng)區(qū)間，而在流動(dòng)的空氣中，這個(gè)活動(dòng)區(qū)間是半橢球形的。”在實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用了兩組不同的籠子。第一組籠子中含有兩類不同的樹(shù)：有兩片樹(shù)葉裂成兩半的十五棵樹(shù)和樹(shù)葉完好無(wú)損的十五棵樹(shù)。第二個(gè)籠子里是對(duì)照組，里面的樹(shù)都是無(wú)損的。兩天后，受損樹(shù)木的剩余的樹(shù)葉含有抑制毛毛蟲生長(zhǎng)的化學(xué)物質(zhì)呈增加趨勢(shì)。對(duì)照組中的樹(shù)木無(wú)此現(xiàn)象。研究人員對(duì)此指出受損的樹(shù)木，無(wú)論是在試驗(yàn)中故意撕裂樹(shù)葉的，還是受到食葉類昆蟲侵?jǐn)_的，都通過(guò)空氣發(fā)出信號(hào)。正是這種信號(hào)促成了受損樹(shù)木與未受損樹(shù)木之間的交流。這種交流的結(jié)果是后者(未受損的樹(shù)木)采取措施抵御即將來(lái)到的蟲類侵蝕。

有學(xué)者指出：“每一種植物釋放到空中的氣體物質(zhì)……是一些列組成相當(dāng)復(fù)雜的混合物?！痹谶^(guò)去十年，關(guān)于植物通過(guò)氣味進(jìn)行交流的現(xiàn)象接二連三地在很多植物上體現(xiàn)出來(lái)，如大麥、蒿屬植物、以及赤楊。這種植物受到其鄰居通過(guò)空氣傳遞的化學(xué)信號(hào)的影響的現(xiàn)象已經(jīng)成為了廣為接受的科學(xué)范例。但是，植物真的能夠彼此相互交流(警告即將來(lái)到的危險(xiǎn))嗎？或者說(shuō)，那些健康的植物僅僅是意外聽(tīng)到了受感染的植物的自言自語(yǔ)？對(duì)此問(wèn)題，墨西哥科學(xué)家馬丁·黑爾和他的團(tuán)隊(duì)在過(guò)去幾年一直致力于通過(guò)研究野生利馬豆，以期進(jìn)一步探索植物能否交流這個(gè)問(wèn)題?？茖W(xué)界一般認(rèn)為，當(dāng)利馬豆被甲蟲吞食的時(shí)候，它會(huì)產(chǎn)生兩種反應(yīng)。被昆蟲吞食的葉子釋放出揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)的混合物到空中，花則產(chǎn)生花蜜以吸引吃甲蟲的節(jié)肢動(dòng)物。黑爾和他的同事將遭到甲蟲侵蝕的利馬豆放置在與甲蟲隔離的植物的旁邊，并且監(jiān)測(cè)不同葉子周圍的空氣。他們一共選取三種不同植物的四片葉子：對(duì)于被甲蟲侵蝕的單一植物，黑爾選取兩片葉子，一片已經(jīng)遭到甲蟲啃食，一片還沒(méi)有；第三片葉子選自臨近的尚未受到甲蟲侵蝕的葉子；第四片葉子選自與甲蟲和受侵?jǐn)_植物沒(méi)有任何接觸可能的植物。通過(guò)氣象色譜圖/質(zhì)譜分析這種高端科技手段，他們發(fā)現(xiàn)每片葉子周圍都有易揮發(fā)的化學(xué)物質(zhì)。

黑爾發(fā)現(xiàn)，同一株植物上被啃食和健康的葉片散發(fā)出的氣體含有本質(zhì)上一致的易揮發(fā)性氣體。反之，對(duì)比組樹(shù)葉周圍的空氣中卻沒(méi)有這些氣體。此外，與甲蟲成災(zāi)的植物為鄰的利馬豆上健康的葉子也含有同樣的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)。健康的植物也同樣不易受到甲蟲的啃食。雖然如此，黑爾仍然不確信受損的植物可以和臨近的植物對(duì)話，警告它們將面臨的昆蟲侵?jǐn)_。他的提議是臨近的植物肯定在針對(duì)內(nèi)信號(hào)進(jìn)行一種的嗅覺(jué)的“偷聽(tīng)”，這種內(nèi)信號(hào)正是為同一植物上其它葉子而服務(wù)的。

于是，黑爾對(duì)他的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行的簡(jiǎn)單但是較為靈巧的調(diào)整，以驗(yàn)證他的假設(shè)。他把兩株植物緊挨著擺放，但是把受到侵?jǐn)_的葉片有塑料袋密封起來(lái)，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)24小時(shí)。當(dāng)他在第一次實(shí)驗(yàn)檢測(cè)同樣的四種類型的葉片時(shí)，結(jié)果是不同的。雖然受侵?jǐn)_的葉片仍然散發(fā)出與之前相同的氣體，同一枝條上其它的葉片以及鄰近枝條上的葉片現(xiàn)在和對(duì)比組植物的葉片一樣。黑爾和他的團(tuán)隊(duì)將包圍著受侵?jǐn)_的葉片的袋子打開(kāi)，并且在一臺(tái)小型的換氣扇的幫之下，他們將空氣往兩個(gè)方向的其中一個(gè)方向吹：要么就吹向鄰近枝條上最上面的葉子或是最遠(yuǎn)的葉子。他們檢測(cè)從處于莖部上端的葉子散發(fā)出的氣體，然后再檢測(cè)他們產(chǎn)生出多少的花蜜。在空氣不斷吹動(dòng)下的來(lái)自受侵?jǐn)_的葉片開(kāi)始散發(fā)出同樣的氣體，也產(chǎn)生花蜜。那些沒(méi)有暴露在空氣中的受侵?jǐn)_的葉子沒(méi)有變化。

這個(gè)結(jié)果極具意義，因?yàn)樗沂玖藦氖艿角謹(jǐn)_的葉片中發(fā)出的氣體對(duì)于同株植物是非常必要的，因?yàn)樗鼙Ｗo(hù)同株植物上的其他葉片不受侵害。換言之，當(dāng)一片葉子受到昆蟲或是細(xì)菌的侵害時(shí)，它會(huì)釋放出氣味。這些氣味可以保護(hù)他們免受即將到來(lái)的侵害。在這一點(diǎn)上，有點(diǎn)像中國(guó)古代的烽火。中國(guó)古代在邊境建造的烽火臺(tái)，通常臺(tái)上放置干柴，遇有敵情時(shí)則燃火以報(bào)警——通過(guò)山峰之間的烽火迅速傳達(dá)信息，可以警告臨近的城市或關(guān)卡有敵來(lái)犯。臨近的植物捕捉(偷聽(tīng))到這種“嗅覺(jué)的對(duì)話”，就可以做好預(yù)防措施，保護(hù)自己。在自然界，這種嗅覺(jué)信號(hào)能夠持續(xù)至少好幾英尺遠(yuǎn)的距離，具體遠(yuǎn)近取決于不同的揮發(fā)性氣體的化學(xué)屬性。對(duì)于豆類植物而言，它們通常喜歡扎堆在一起。這樣的話，只要有一株有麻煩，其它的臨近植物就都知道了。

綜上，毫不夸張地說(shuō)，植物確實(shí)能夠散發(fā)出芳香的氣味。夏季花園中的玫瑰花香，晚春季節(jié)剛剛除草后的草坪，或者夜間開(kāi)放的茉莉花，它們都散發(fā)出各自獨(dú)特的味道。不用看，我們就知道水果何時(shí)可以食用；不用瞅，我們也可以輕松的察覺(jué)魔芋散發(fā)出的刺鼻的氣味。這些不同的氣味是動(dòng)物植物之間復(fù)雜交流的手段。這些氣味引發(fā)不同的傳粉者去往不同的花朵，也可以令種子傳播者去拜訪不同的水果。人類也是如此。我們也是因?yàn)椴煌幕ㄏ愣鸦▊鞑サ绞澜绺鞯亍５?，植物不僅散發(fā)出芳香氣味，他們還能嗅出其他的植物。雖然，植物沒(méi)有連接到大腦，并能解讀信號(hào)的嗅覺(jué)神經(jīng)，但是菟絲子等我們大自然中的許多植物都能對(duì)信息素做出相應(yīng)的反應(yīng)。植物能察覺(jué)空氣中的揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)，并把這些信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樯矸磻?yīng)。這就可以被認(rèn)為是嗅覺(jué)。

[1]彭陽(yáng)陵.植物的觸覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)特征在園林景觀中的心理暗示效應(yīng)研究.咸寧學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，(07)：45.

[2]林積秀.田野菟絲子生活習(xí)性及防御措施.農(nóng)業(yè)科技通訊，2010，(12)：94.

[3]郭瓊霞，黃可輝.危險(xiǎn)性雜草——田野菟絲子研究.福建農(nóng)業(yè)科技，1995，(12).

[4]雷宏.昆蟲對(duì)宿主植物的嗅覺(jué)定向.生物學(xué)通報(bào)，1995，(03).

[5]盧思慧，馬慶生.植物激素基因工程淺談.植物雜志，1995，(06).