拖著彗星般長尾巴的海芋，原來有毒！

出品：科普中國

作者：秦亞龍（江蘇省中國科學院植物研究所·南京中山植物園）

監(jiān)制：中國科普博覽

編者按：為解碼生命科學最新奧秘，科普中國前沿科技項目推出“生命新知”系列文章，從獨特的視角，解讀生命現(xiàn)象，揭示生物奧秘。讓我們深入生命世界，探索無限可能。

在我國南部地區(qū)的野外或公園中，常會遇到天南星科Araceae海芋屬Alocasia多年生觀葉植物海芋Alocasia odora (Roxb.) K. Koch，四季常綠、株型優(yōu)雅，極具觀賞價值。

作為林下的草本植物，海芋的葉片為了能獲取林冠透下的光斑，經(jīng)歷長期的進化，葉片變得越來越大，如今長寬可達一米以上。

海芋

（圖片來源：作者拍攝）

在清晨或晚上高濕的特定環(huán)境下，海芋為了排出體內(nèi)多余的水分，葉片邊緣會“吐出”液態(tài)水滴，凝聚到葉尖后滴落，加之海芋花序形似觀音，因此有了“滴水觀音”的別稱。在植物界，如果仔細觀察，吐水現(xiàn)象還是很常見的。甚至，一些真菌（蘑菇）有時也會發(fā)生“吐水”現(xiàn)象，被稱為真菌“泌滴現(xiàn)象”。

落葉松擬層孔菌“吐水”現(xiàn)象

（圖片來源：作者拍攝）

海芋有毒

海芋體內(nèi)含有草酸鈣針晶、皂素毒苷、海芋素等有毒成分，如果不注意，海芋的汁液碰到皮膚會引起瘙癢，滴入眼睛可能會引起失明，誤食海芋根莖甚至因窒息、心臟停搏而死亡。生活中偶有海芋中毒的報道，所以見到海芋時，可遠觀而不可褻玩焉。

在野外，有些海芋葉片上會出現(xiàn)規(guī)則的圓形孔洞，這是葉甲昆蟲取食海芋葉片留下的杰作。當海芋遭啃食或破壞時，毒素通過葉脈系統(tǒng)進行釋放。

雖然海芋有毒，葉甲昆蟲在取食海芋葉片時，會在海芋毒素尚未傳達前，快速在大葉片上啃取一圈小葉，切斷毒素通過葉脈傳輸，然后再安心享用。神奇的是，規(guī)則的圓形是啃食相同長度下葉甲所能獲取的最大的葉片面積，啃取的每一嘴都不是徒勞的。

海芋葉片上的圓孔

（圖片來源：作者拍攝）

海芋花序結(jié)構(gòu)和開花物候

作為天南星科植物，海芋雌雄同序的肉穗花序被保護在佛焰苞之中。佛焰苞整體分為兩部分，下部分呈閉合狀，卵形或短橢圓形，上部分檐部呈舟狀，長圓形。

海芋花開四季，自帶芬芳，花序雌雄異位，自上而下分別為附屬器、可育雄花、不育雄花和雌花。附屬器位于花序頂端，呈圓錐狀。

海芋花序結(jié)構(gòu)和開花物候，a：花序結(jié)構(gòu)；

b?e：花序發(fā)育過程（b：花苞期；c：雌花期；d：雄花期；e：結(jié)實期）

（圖片來源：參考文獻）

海芋開花時，海芋的雄花負責產(chǎn)生花粉，不育雄花為傳粉昆蟲提供食物，雌花接收花粉后孕育果實。

海芋的花序還具有雌雄異熟的特征?；ㄐ蛑械?strong>雌花先熟、雄花后熟?；ㄐ蛲獠康姆鹧姘喜亢拖虏堪g具有一個收縮處，將花序上部的可育雄花與下部的雌花進行隔離。

海芋花序具有開花生熱效應。在花期，花序通過提升溫度，吸引傳粉昆蟲并為它們提供庇護所。同時，花序升溫也可以加強花香散發(fā)并促進花器官發(fā)育，這和荷花玉蘭和蓮開花生熱現(xiàn)象相對一致。

在雌花期，海芋花序的花香最為濃烈，柱頭黏性最強并存有少量分泌物。此時，附屬器和雄花區(qū)開花生熱效應顯著，佛焰苞收縮處尚未完全收緊，所有訪花者均可經(jīng)由收縮處進入雌花區(qū)，其中就包含攜帶著外來花粉的傳粉者幫助雌花進行授粉。

而在雄花期，花序的花香和開花生熱效應逐漸減弱。此時，佛焰苞收縮處已完全緊縮，成熟的花粉和所有訪花者均已無法到達雌花區(qū)，花序結(jié)果與否已成定局。

海芋漿果

（圖片來源：作者拍攝）

當海芋雌花授粉完成后，隨著果序的成熟，里邊紅色的漿果會露出。鳥類被漿果艷麗的色彩吸引來取食，后將海芋種子通過糞便排出，幫助海芋實現(xiàn)種子的遠距離傳播。

訪花者與傳粉者

在植物傳粉期，植物通過顏色、氣味和形態(tài)等花部信號，吸引昆蟲、鳥類等到訪。根據(jù)到訪昆蟲的功能不同，可分為訪花者和傳粉者。

訪花者多是以取食花粉、花蜜、分泌物或花組織等為目的，或是在花序產(chǎn)卵地或偶然性停留。其中，作為花粉傳遞有效載體真正幫助植物完成授粉的訪花者，才能被稱為傳粉者。

泛化傳粉系統(tǒng)

對于那些傳粉者與植物之間傳粉關系不專一的，就屬于泛化傳粉系統(tǒng)。對于某種泛化傳粉植物而言，多數(shù)花會產(chǎn)生大量的花粉，這些花粉不但能滿足傳粉者授粉和取食的需要，還能滿足大量訪花者所帶來的花粉損耗，傳粉效率低下，自然界多數(shù)有花植物都屬于泛化傳粉系統(tǒng)。

特化傳粉系統(tǒng)

丁翔等最新研究指出，芋果蠅屬Colocasiomyia的海芋果蠅C. alocasia和異海芋果蠅C. xenalocasiae是海芋授粉過程的高度特化傳粉昆蟲，它們與海芋建立起了特化傳粉系統(tǒng)。

在雌花期，芋果蠅攜帶著外來花粉通過佛焰苞收縮處進入雌花區(qū)授粉，在這一過程中，以雄花不育區(qū)和雌花區(qū)柱頭分泌物為食。在雄花期，芋果蠅活動在雄花可育區(qū)，進行花粉取食和交配，之后會攜帶著可育雄花區(qū)的花粉前往另一株海芋花序進行授粉。

在這一傳粉系統(tǒng)中，雖然也常有露尾甲科、蜜蜂科、隱翅蟲科和跗線螨科等10種非傳粉昆蟲訪問花序，但它們并不參與授粉，而是與傳粉者搶食花粉和花序分泌物，甚至是進行繁殖，從而與芋果蠅的授粉和繁殖形成競爭。

海芋常見訪花昆蟲及后代的活動行為：a?c：各時期花序內(nèi)芋果蠅后代活動；

a：芋果蠅蟲卵（雌花期）；b：芋果蠅幼蟲（雄花期）；

c：芋果蠅蟲蛹（結(jié)實期）；d：訪花者將花粉傳遞至柱頭（雌花期）；

e：蜜蜂科訪花者收集花粉（雄花期）；f：露尾甲科訪花者啃食不育花（雌花期）；

g：不育花被啃食的痕跡；h：孵化的露尾甲科幼蟲（雄花不育區(qū)）。

（圖片來源：參考文獻）

神奇的是，芋果蠅在海芋花序中的繁殖過程與海芋花序生長階段相匹配。芋果蠅在雌花期產(chǎn)卵，雄花期發(fā)育成幼蟲，結(jié)實期長成蟲蛹。

在自然界，還有許多植物與特化傳粉者建立起了特化傳粉系統(tǒng)。

榕樹—榕小蜂特化傳粉系統(tǒng)

自然界有800多種榕樹，它們與榕小蜂歷經(jīng)約7500萬年的協(xié)同進化，逐漸形成了高度特化的互惠共生系統(tǒng)，成為目前已知最專一的傳粉和共生系統(tǒng)。

榕樹獨特的“隱頭花序”結(jié)構(gòu)，在自然界中只有榕小蜂才能幫助其傳粉。

無花果與榕小蜂共生關系圖

（圖片來源：世界知識畫報）

榕小蜂又分為傳粉榕小蜂和非傳粉榕小蜂，通常每種榕樹只有專一的傳粉榕小蜂為其傳粉。雖然有些榕果內(nèi)還會共存幾種到幾十種非傳粉榕小蜂，但它們卻幾乎不為雌花傳粉。

與海芋相似，對于雌雄同株的榕樹而言，同一花序的雌花和雄花成熟期不同，處于雌花期的榕果會釋放出特殊的揮發(fā)物，吸引特定的傳粉榕小蜂攜帶雄花花粉鉆進正處于雌花期的新花序內(nèi)完成授粉。

鳳尾絲蘭—絲蘭蛾特化傳粉系統(tǒng)

鳳尾絲蘭原產(chǎn)北美，每年八九月份進入花期，大型圓錐花序白天閉合，晚上開放。鳳尾絲蘭的花朵沒有萼片，具有6個花被片和6枚雄蕊，中間圍著由三心皮聯(lián)合形成的復雌蕊，雌蕊的下半部呈柱狀，頂端三裂而外翻。

鳳尾絲蘭

（圖片來源：作者拍攝）

在中國，鳳尾絲蘭年年開花卻不見結(jié)果，這是由于缺少了北美原產(chǎn)地唯一的傳粉昆蟲——絲蘭蛾。在當?shù)?，鳳尾絲蘭夜晚開放，散發(fā)出特有香味，吸引絲蘭蛾到來。此時，到訪的絲蘭蛾已完成交配，雌蛾會首先飛到雄蕊頂端，采集花粉并搓成團。

之后，雌蛾帶著花粉團飛抵另一朵花，停在雌蕊柱側(cè)面，它們會用產(chǎn)卵器刺穿子房壁并產(chǎn)下1—6枚卵。產(chǎn)卵完成后，雌蛾還會爬到柱頭頂端，將從上一朵花采集來的花粉團盡可能地通過雌蕊頂端的孔洞塞進深處，幫助鳳尾絲蘭完成授粉。

鳳尾絲蘭花朵

（圖片來源：作者拍攝）

授粉完成后鳳尾絲蘭，子房逐漸發(fā)育膨大。絲蘭蛾寶寶在其子房中孵化后，以鳳尾絲蘭部分鮮嫩的種子為食，最終破壁而出，鉆進土中化蛹。到了來年鳳尾絲蘭開花時，蛹中的絲蘭蛾破繭而出，尋得伴侶交配后，飛向鳳尾絲蘭花序授粉并產(chǎn)卵，開啟又一次生命的輪回。

就這樣，鳳尾絲蘭與絲蘭蛾經(jīng)歷長期的協(xié)同進化，絲蘭蛾成為鳳尾絲蘭唯一的傳粉昆蟲，鳳尾絲蘭為絲蘭蛾的繁衍提供住所和食物，兩者構(gòu)建了特化傳粉系統(tǒng)，達成了專性共生關系。

耬斗菜特化傳粉系統(tǒng)

在生活中，還有一類顏值非常高的植物，也與傳粉者建立了特化傳粉系統(tǒng)，它們便是毛茛科Ranuncuaceae耬斗菜屬Aquilegia植物。

耬斗菜的名字源自我國古時農(nóng)耕播種工具——耬車，因其花瓣下部常延伸出管狀的距，像極了耬車的耬腿。

耬斗菜的距內(nèi)的蜜腺組織會分泌出傳粉者喜歡的花蜜，但這些花蜜并不是為所有訪花者準備的，只有那些幫助耬斗菜傳粉的訪花者，經(jīng)過長期的協(xié)同演化，才可以獲取鮮美的花蜜。

耬斗菜屬

（圖片來源：作者拍攝）

不同種的漏斗菜花距長短和形態(tài)各不相同，通過花距和花距底部的花蜜，每一種耬斗菜都會有特定的天蛾、雄蜂、蜂鳥等不同傳粉者幫助其完成傳粉，建立起了特化的傳粉系統(tǒng)。

彗星蘭—長喙天蛾特化傳粉系統(tǒng)

1862年，英國博物學家達爾文收到一份來自非洲馬達加斯加的蘭花標本，標本的花朵有著一條長達30厘米的花距，他猜想當?shù)匾欢ㄉ钪环N口器（喙）長度與之相當?shù)奶於昴軌蛭车交ň嗄┒说幕鄄槠鋫鞣?，人們因此稱之為達爾文蘭。因其花朵形態(tài)看似拖著長尾巴的彗星，因此得名“大彗星蘭”。又因其超長的花距，其學名被定為長距彗星蘭Angraecum sesquipedale Thouars。

長距彗星蘭

（圖片來源：作者拍攝）

直到1903年，人們才在馬達加斯加發(fā)現(xiàn)了達爾文預言的長喙天蛾，它們擁有長達30厘米的喙。時間來到1992年，人們首次拍到了長喙天蛾為長距彗星蘭傳粉的過程，完美地詮釋了植物與傳粉者的協(xié)同進化，兩者之間構(gòu)建起了特化的傳粉系統(tǒng)，共同在馬達加斯加繁衍。

結(jié)語

經(jīng)過長期的演化，全世界約90%的被子植物都需要昆蟲、鳥類和哺乳動物等作為媒介傳播花粉，它們構(gòu)成了各具特色的泛化傳粉系統(tǒng)和特化傳粉系統(tǒng)，共同推進著動植物的進化和繁衍，持續(xù)述說著自然萬物的生存智慧。

參考文獻：

1.丁翔, 余元鈞, 宋希強, 等. 具有泛化訪花者的海芋特化傳粉系統(tǒng)[J]. 生物多樣性, 2024, 32 (6): 24069, pages 1-11.

注：本文內(nèi)拉丁文部分應為斜體