分享

小草“凶悍”与生态平衡

 zhb学习阅览室 2021-03-23

自然界最常见的植物可能就是小草了,尤其是一年生小草,只有短短一年的生存期,却要忍受狂风暴雨,任万物践踏。但是,人们从小草的卑微中发现了它们的伟大和优势。只要见过从石头下面长出的小草,你就会认可,小草无比坚韧,身负千钧重压,也要顽强生长。

世界上的小草(泛指草本植物)有30多万种,其中一些小草不只是坚韧顽强,还可以用强悍,甚至凶悍来形容,最近进入热搜排行榜的“幸福草”就是其中一种。幸福草的正式名称是加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.),是桔梗目菊科多年生草本植物。它的生物学特征与其他草本植物类似:根状茎,茎直立,高达2.5米;叶披针形或线状披针形,长5~12厘米。不过,你只要见过幸福草开出的花朵,就会情不自禁被它的艳丽花簇和金黄色泽吸引,难怪幸福草还有“加拿大金条”之称。

正因为它花朵艳丽又寓意财富,1935年,幸福草被引入上海,作为一种观赏花卉进行培植。在不到100年的时间,幸福草获得了更多别名,如黄莺花、麒麟草、金棒草等。在引种中国后,幸福草的生命力变得格外强悍,它渐渐逸出园林,从美艳小草变为恶性杂草,被称为“霸王花”。它主要生长在河滩、荒地、公路两旁、农田边,根状茎发达,繁殖力极强,与周围植物争阳光、争肥料,导致其他植物死亡,对生物多样性构成严重威胁,也造成了不小的生态灾难。因此,2010年,幸福草被列入《中国外来入侵物种名单》(第二批)。

幸福草在加拿大时本性“温良”,在欧洲,该植物已有700多年的观赏和用药历史,主要用以治疗慢性肾炎、膀胱炎、尿路结石、风湿、糖尿病等疾病。此外,一枝黄花的品种有很多,全球约有125种,中国原产的有4种,其中毛果一枝黄花在中医中也可入药,具有疏风泄热、解毒消肿的功效。但是,原产于加拿大的幸福草到了中国之后,蔓延到华东、华中、华北、东北和西南等地区的野外,成为恶草。从全球范围来看,幸福草也成功入侵亚洲大部分地区、澳大利亚和新西兰等地,成为一种影响甚广的世界性入侵杂草。

为什么幸福草会成为“霸王花”?目前,南京大学的研究人员从植物学、生态学和地理学多个角度对这个问题给出了解释。在耗时10多年,对全球471个采样点的2062份幸福草进行细胞地理学研究后,研究人员发现,本性“温良”的幸福草采用了适应性演化而变得富有入侵性和排他性,通过排斥其他植物共享土地、水分和养分,保证自己的生存。这种适应性演化又以其细胞核基因组的改变为条件。这又一次证明了适者生存理论,植物、动物、微生物都是如此演化而来的。

在故乡加拿大,幸福草的体细胞是2倍体(体细胞中含有2个染色体组),而且这样的2倍体基因组也能适应欧洲和东亚温带地区的环境。但是,在热带和亚热带地区,2倍体的身躯已经不适应当地环境了。它们必须变成多倍体(体细胞中有多个染色体组),主要是6倍体,才有生存的优势,甚至碾压其他小草。多倍体幸福草的优势在于,更耐热。多倍体幸福草可以通过抗氧化酶高效清除活性氧,但是2倍体幸福草主要靠产生抗氧化剂来应对炎热的环境。因此,2倍体幸福草在夏季高温气候条件下难以适应当地气候,导致胚胎败育,只开花不结果实;但是,多倍体幸福草可以耐受高温,使胚胎正常发育并结出可育的种子。另一方面,幸福草的适应性演化还体现在它可以显著延迟开花、结果的时间,到秋季温度降低时才如火如荼地开花并结果。这种避让高温的生存策略也让幸福草更适应入侵地炎热的气候,产生大量种子,然后以风为媒,迅速飘移,占领并扩大生存地,不给其他植物留下生存空间。

幸福草的这种生存策略造就了其“霸王花”的地位,同时也造成了生态灾难。目前,对于多倍体幸福草最好的控制方式是,秋季人工拔出或是机械耕翻,春天在其出苗时用化学除草剂来喷洒根除。即便这样,要根除霸道的多倍体幸福草也很难,需要好几年时间。

不过,对于幸福草,除了清除也可以利用。对于入侵性不强的2倍体幸福草,可以作为观赏花来栽培,它比很多廉价的花卉(如满天星)还要便宜,而且幸福草生命力极强,放在水里养一周都不会枯萎,这也使得它具有较高的经济价值。另一方面,也可以利用这种杂草栽培食用菌,以缓解食用菌生产原料短缺的问题,减少木材消耗,保护环境。还有一些养殖户也尝试将幸福草变为饲料,喂养兔子等动物,以降低养殖成本。

强悍的幸福草体现了适应环境的生存策略,但它并非小草中的“最强者”,还有比它更具攻击性的小草—紫茎泽兰(Ageratina adenophora),又名解放草、破坏草等,是一种有毒且侵占性、适应性极强的恶性杂草。紫茎泽兰是菊科泽兰族假藿香蓟属多年生草本植物,原产于墨西哥,自19世纪作为一种观赏植物在世界各地引种,通过缅甸进入我国的云南,现在广西、贵州、四川、重庆、湖北、西藏以及台湾地区均有种植。由于紫茎泽兰繁殖力极强,而且具有排他性,早在2003年就被列入《中国外来入侵物种名单》(第一批)。

紫茎泽兰的“凶悍”是通过化感作用产生的。在植物生长过程中,会向环境释放一系列代谢产物(化感化合物),如通过根系分泌有机酸、香豆素等,影响周围其他植物的生长,包括植物间的相互排斥或促进作用。植物产生的次生代谢产物通过信息抑制其他植物的生长发育并加以排除的现象被称为化感抑制,也称异株克生,而能促进其他植物生长的被称为化感促进。

显然,紫茎泽兰是化感抑制的典型代表,它具有的化感物质能抑制豌豆等一些对化感物质敏感的植物种子萌发。经过多年研究,人们发现,紫茎泽兰具有5种萜类物质(化感物质)。最近,中国科学院昆明植物研究所的研究人员又发现,紫茎泽兰有6个杜松烯类倍半萜,是紫茎泽兰的主要组成型和诱导型防御物质,它们除了能抑制其他植物的生长外,还能抵御昆虫以紫茎泽兰为食。

为了保护生态多样性,当然需要禁种和根除紫茎泽兰。凶悍的紫茎泽兰比幸福草更难根除,因此需要结合疏和堵两种方式来治理,通过快速防除、种植替代等手段来控制凶悍的紫茎泽兰。紫茎泽兰富含植物蛋白,经过脱毒后可以用于制作草粉饲料、有机肥料;紫茎泽兰生长于高温地带,色彩明艳,可用于制作植物染料;紫茎泽兰还富含“植物黄金”绿原酸,而且提取率达1%,具有重大的经济价值,值得研发。紫茎泽兰的生物质燃料能量要大于其他生物质,可以作为生物质能源燃料来利用。

其实,所有凶悍的入侵小草,如互花米草、水葫芦、薇甘菊、凤眼莲、豚草、毒麦等都可以用疏和堵的方式来治理,如果治理得当,生物多样性保护也能柳暗花明。幸福草和紫茎泽兰的“凶悍”也意味着,只要适应环境,任何生物都会演化出强大的生命力,作为万物之灵的人更应如此。

【责任编辑】张小萌

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多