细细观察植物

 

| 前奏 |

说到植物,群里面无论科班出身还是业余的大神都不少,我来讲这个话题实在没什么底气,所以今天避实就虚,把重点放在“观察”而不是“植物”上。

每个人对植物的兴趣点不一样,观察植物的视角也就不一样。比方说,我是学理科的,所以可能倾向于从理性的角度去认识植物;而另一些人则可能更注重植物丰富多变的色彩和形态。不管怎么去看,我觉得只要能发现植物的美,视角并不重要。至于什么是美,则是见仁见智的问题,有人觉得蒙娜丽莎美,也有人觉得麦克斯韦方程组美,在这方面大可不必统一认识。

我今天讲植物的观察,其实也只是在众多视角中选取一个而已。大家如果觉得有意思,那是我乐于看到的;如果觉得无趣或讲得不好,也请多多包涵。

首先,为什么要讲这个话题?这跟个人的经历有关。我是4年前开始接触植物的,从早期的一无所知,到现在能叫出两三千个物种的名字,老实说,心里还是有一些成就感的。但是另一方面,又很不满足。认植物这个事,在某些方面很像那些玩收藏的,一旦上了瘾,很难收手——不管你手上有多少藏品,见到新东西还是会眼红。所以有段时间我沉迷于寻找新种的过程中不能自拔,只恨北京的植物种类太少,不够看。

| 缘起一件小事 |

去年夏天,我在校园里发现了一种月见草。大家知道,这个属的植物一般是在夜里开花的,而且单花花期很短,常常天不亮就蔫了。为了拍到它花开时的状态,我一连好几个晚上跑去看,结果每次见到的都只是花苞,等到第二天早上再去时,又已经开过了。这事搞得人很恼火,于是接下来的一个晚上我索性在旁边蹲点,心里做好了打算:这回不等到你开花,我还就不走了。 那晚一直等到凌晨12点,花苞一直处在这样的状态,没啥明显的变化:

我很郁闷,这摆明了是不想让人睡觉的节奏啊。就在快要失去耐心的时候,奇迹发生了。大概不到一秒的时间,那朵花突然一下就张开了:

我非常惊讶,因为以前有种没来由的直觉,植物开花应该是个不紧不慢的过程,而月见草花瓣打开速度之快完全出乎我的意料。

| 反思与提高 |

这并不是什么重大的发现,可能养花的朋友们早就已经观察到类似的现象。但是对我而言,与这个发现相伴的是一连串的问题:其它植物的开花过程也是这样的吗?月见草为啥要在晚上开花?月见草一朵花只开一晚,其它植物呢?

到这时候我才猛然意识到,自己对植物的认识有多肤浅。就好比我跟某人有过一面之缘,记住了他的相貌,下次见面时还能叫上名来,或许还知道他的籍贯、职业,但除此以外没有更多的了解,也没有跟他交流过,这样能说我认识他吗?我觉得不能。

我进而问自己:你认植物的目的是什么?知道科属种、能好怎,够吗?好像不够,我最初想要认识植物,是希望对它们有更多的了解的。在认识植物这条路上,我感觉自己好像有点走偏了。那么问题出在哪呢?我想了一下,人和人认识需要交流互动,和植物应该也是如此。不过植物不会说话,所以在交流方式上也就有所不同。比如养花,人养得好不好,反映到植物身上就是它长得好不好,我觉得这就是一种交流。

对我来说,一没有养植物的经验,二目前也没那个条件,我怎么跟植物交流呢?唯有从观察身边那些植物着手了。这正是我2014年做的主要事情。

| 植物之花朵篇 |

众所周知,植物有六大器官:根、茎、叶、花、果实和种子。根一般埋在地下,我也很少把它拔起来观察,所以对它就略过不提了。剩下的五大器官,我打算分别举例说说。五大器官里面,大家平常关注最多的是花,我就从这一年我对花的观察开始吧。

【蒲公英】

我今年在植物方面做的第一个观察,就是记录一株蒲公英从开花到结果的过程。蒲公英是春天最早开花的植物之一,所以很自然地成了我的观察对象。受月见草那件事的启发,我想知道:一朵蒲公英能开几天?从开花到果实成熟又要几天?与此同时还有一个新问题:蒲公英的黄花和它最后结的小绒球外观差异挺大的,这中间发生了怎样的变化?

根据我的观察,一“朵”蒲公英的花期为2-3天,之后再过9天左右果实成熟,张开成白色小绒球。从花到果的过程中发生的主要变化大家可以从下边这张对比图上看出来:

假如不做这个观察,我预想中的蒲公英花果期会比实际长很多。这件事再次触动了我,原来即便是最寻常的蒲公英,我对它的了解也少得很。从那以后,我觉得应该花更多的时间在身边的这些植物上,而不是一味去追求认新种。这是自我接触植物以来,在认知上的一次大的改变。

思-问-答-思……

在观察蒲公英的过程中,我注意到它的花昼开夜合的现象,这不是第一次发现,但以前没有多想。这次我想知道,其它菊科植物是否也有这一现象?

最有意思的是华北鸦葱,它的一个头状花序花期只有半天左右。要是我有一台摄像装备的话,本来可以记录下它的整个开花过程,不过这里只能展示几个片段:

经过后来的观察发现,就管状花亚科而言,一般并不具备这个特点;但舌状花亚科就不一样了,在我观察的抱茎小苦荬、中华小苦荬、苦苣菜、花叶滇苦菜、多裂翅果菊、莴苣、黄鹌菜中,无一例外都是昼开夜合的,可见这在舌状花亚科里面是一个普遍现象。

这么多花集中在这么短的时间里开放,从进化的角度如何解释呢?这个问题我不知道答案,期待专家解答。(@顾有容:大量集中开花会增强吸引传粉者的效果。)我用自封袋在开花之前就套住一个华北鸦葱的头状花序,最后发现它结的果并不比别的少。可见这种植物主要进行的是自花传粉,虫媒传粉如果存在的话,应该也只是一个辅助手段。

说到虫媒传粉,让我想起了很有趣的小檗属植物。关于这个属雄蕊应激性的描述,我最早是在汪劲武老爷子的《常见野花》上看到的。用一根草茎或细棍戳一下小檗的雄蕊,被戳的那根雄蕊就会连同对应的花瓣一起向花心收拢,其结果就是把花药抹在了昆虫的身上(假设触碰雄蕊的不是草茎而是昆虫的话)。

顾大神在《花日历》里面讲过的,苜蓿的传粉也很有意思。它的雌雄蕊都藏在龙骨瓣里面,昆虫访花的时候,以龙骨瓣作为落脚点,结果龙骨瓣被踩下去,而雄蕊弹起来把花药拍到昆虫腹部。

豆科植物的花,很多都跟苜蓿结构类似。不过让我搞不明白的是像菜豆、绿豆这样的花,它们的龙骨瓣拧成螺旋状,雌雄蕊在里面根本出不来,只能行严格的自花传粉。这样一来,按照一般的理论,长期的自交会使后代退化,为什么这些植物也活得好好的呢?

是否自花授粉在某些条件下也是一种进化的行为?毕竟从结构上看,菜豆的花不像是一开始就奔着自交的方向去的,倒像是从虫媒花逐渐演化而成。

@顾有容:自交和异交的相互转换是很容易的……严格异交的植物没那么多,严格自交的就更少了。

【华而不实的植物一:凤尾兰】

关于花,还想说说那些华而不实的植物。第一个华而不实的植物是凤尾兰。现在凤尾兰在园林上应用很广,它的花又大又漂亮,大家应该都注意到了,但不知有几人见过凤尾兰结果?反正在自然状态下我是没见过的。后来查了一下,原来这货需要专门的丝兰蛾来为它传粉。丝兰属植物与丝兰蛾的关系,很像榕树与榕小蜂的关系。国内没有这种蛾子,自然也就结不了果了。

为了验证在成功授粉的情况下凤尾兰的确是能结果的,我做了一个人工授粉实验。

先用小草茎收集一朵凤尾兰的花粉 (凤尾兰的花粉是团块状的而且具有黏性,收集很容易;同时也可以想象,这种黏性的花粉块,假如没有专门的昆虫来搬运,自己几乎是不可能落到柱头上去的):

然后抹到另一株凤尾兰的花上,注意这朵花的柱头上有一团黏性液体也就是传粉滴,这表明它已经做好受粉的准备了,把花粉抹到这个传粉滴上即可:

OK,大功告成,简单吧。丝兰蛾也是这么干的,跟人不同的是,它还会把自己的卵产在凤尾兰的子房里面,将来其幼虫就以发育中的凤尾兰种子为食。但种子很多,吃不完,于是最终有一部分得以成熟并发育成下一代。这就是丝兰与丝兰蛾之间互惠互利的关系。

这个实验我前后做了4次,每次授粉的花都在10朵以上,但只有一次成功。有两次授完粉后没过两天花就全部掉了,一次子房已经开始膨大,但几天之后也掉了。失败的原因我猜可能是凤尾兰自交不育,而国内培育它主要采用无性繁殖,那几株凤尾兰实际上都是来自同一个母体的缘故。成功的那次最终结了4个这样的果实:

就这样,通过人工授粉,第一次见识凤尾兰的果实长啥样了。不过没高兴多久,就在这些果实快要成熟的时候,园丁大概是为了不浪费营养,咔嚓一下就把整根花葶剪掉了,于是我最终还是没看到成熟的凤尾兰的果实和种子。这种实验遭受外力破坏的事专业人士应该比我经历得多,我在这里也就不吐槽了。

【华而不实的植物二:楸树】

清华里面另一种华而不实的植物是楸树,这跟它的近亲梓(zi3)树的果实累累形成了鲜明的对比。我记得好像是汪劲武老爷子说过,北大的楸树也是不结果的,这个事情就有趣了。后来上网查了一下,大意是说楸树也是自交不育,而历来楸树的繁殖多采用无性方法,最终导致一个地区的楸树大多属于一个无性系,因此很少能结果。

清华曾经引进好几批楸树,种在不同的地方,我一度想在这些不同批次的楸树之间做做人工授粉实验,无奈这货开花太高,不搭个梯子根本够不着,最后只好不了了之。这个事大家如果感兴趣并且有条件的话,不妨试试看。

那另一方面,梓树为什么容易结果呢?或许梓树的繁殖更多是采用实生苗吧。这个还要请懂园林的朋友来解惑。(@羽衣甘蓝:梓树大多实生苗,园林上也经常用梓树做砧木嫁接楸树,梓树能结果就不奇怪了。)

清华里面的美国凌霄也是只开花不结果的,但我今年在南植就见过结果的美国凌霄,这里面又有什么故事?我还没查资料,但鉴于它也是紫葳科的,猜想跟楸树可能是同样的原因吧。我打算明年如果有机会的话,也去给它做个人工授粉。

【异型花柱一:薄皮木】

花里面另一个有趣的现象是异型花柱,这个顾神在《花日历》里面提过多次,我也是受其影响才开始寻找北京的异型花柱植物的。

薄皮木是我第一个知道的具有二型花柱的植物,那是在几年前第一次见它的时候。当时拍照片并没注意,回来对照植物志查看时才发现这个植物很有意思,有的花是雄蕊长,露在外头,花柱很短;有的则是花柱露在外头,雄蕊内藏。

【异型花柱二:胭脂花】

花日历里面讲二型花柱举的例子是玉叶金花,这个北方没有,但在北方并不难找到其它的例子。比如,除了上面的薄皮木,还有胭脂花。下图左边短柱花,右边长柱花:

【异型花柱三:连翘】

如果说上面两样还要去山区找的话,那连翘应该是最司空见惯的大路货了,还没有见过二型花柱的朋友们明年春天可以去找找看。

小贴士:一棵植株上开的花通常都是同一类型的,所以如果你在A株上看到了长柱花,那短柱花最好换到B株去找,以免浪费时间。

【异型花柱四:迎春】

按照二型花柱的一般理论,只有相同高度的雌雄蕊之间的授粉才是合法的。也就是说长柱花的花粉只有授给短柱花才能结果,反之亦然。这很容易使人联想到一个问题:我不知道其它地方是什么情况,但或许北京的朋友已经注意到了,北京的迎春花是很少结果的(《北京植物志》还特别提到了这一点),这会不会与二型花柱有关呢?迎春是不是因为缺少某一类型的花才不结果的呢?鉴于迎春和连翘同属木犀科,这种猜测是有理由的。

为了验证这个想法,今年春天我观察了大量的迎春花,发现有许多植株开的是下图中这种长柱花:

但是与之相对的短柱花却始终没有找到,这似乎证实了之前的猜测。不过,与此同时又发现了这种雌雄蕊等长的迎春花:

开这种花的植株也不少,而且,后来我发现,这类植株上有少量的花最后还结“果”了:

我上面之所以在“果”上加引号,是因为我不确定它们是否正常发育的果实。按植物志的说法,素馨属是结浆果的,而且熟后应该是黑色。这种果实果皮很薄,用手一捏就破了,里面全是一些肉质的东西,没有找到我想象中的种子。雌雄等长的这种迎春花是否长、短柱花之间的一个过渡类型?不得而知。我只指出这一现象,背后的问题就留给专业人士来研究吧。大家今后也可以留心一下,看看是否能找到短柱型的迎春花。

【延伸:探春】

和迎春同属的探春,我只看到了短柱花,长柱的没发现。

这些探春也不结果,其子房一般只发育到下图这种程度,然后就谢了。不知道大家有没有见过探春花结果?

【异型花柱五:酢浆草】

除了二型花柱外,还有更复杂的三型花柱现象。在《花日历》里面提到了酢浆草的例子,但视频里面展示的那种具有三型花柱的酢浆草并非北方常见的开黄花的酢浆草,为此我在这种酢浆草里面也多番寻找了一下,总算也把三种花柱型集齐了。

不过以三型花柱而论,酢浆草的例子似乎不够典型,因为中间存在一些过渡类型。比如下面这朵,其雌蕊与上面一轮雄蕊近等长,并没有形成明显的上中下三轮。

【异型花柱六:千屈菜】

那么,除了酢浆草,北方还有没有典型的三型花柱植物呢?答案是肯定的,而且这种植物也很常见,那就是千屈菜:

事实上,达尔文当年就曾以千屈菜为对象研究过三型花柱对于传粉的意义。结论跟二型花柱差不多,等长的雌雄蕊间传粉才能结果。在上面的千屈菜图片里,除了三型花柱外,还有个有趣的地方不知大家有没有注意到?千屈菜最长的雄蕊(如果有的花)花药是紫黑色的,而中等长度或者短的雄蕊花药则是黄色。长雄蕊的颜色为什么与众不同,是为了招引昆虫吗?考虑到昆虫对紫色敏感,我觉得有这个可能,不过我没有证实过。

【延伸:紫薇】

在这方面我可以提另外一个例子:跟千屈菜同科的紫薇,其外轮6枚长雄蕊花药的颜色和内轮也是不一样的。

我检查过还没开的花蕾,里面的长雄蕊就是紫色了。吸引昆虫这点只是我个人的猜想,不一定对。关于花的观察,就说这么多吧。再讲讲果实和种子吧,其它的留到下次好了。

| 植物之果实种子篇 |

其实讲花的时候已经部分涉及到果实了,因为果实和种子关系密切,干脆就放到一块讲。来,咱们先做个小测验,看看大家对果实和种子的概念掌握得怎么样。

  1. 问题一,蒲公英的降落伞下挂的是它的果实还是种子?萝藦的降落伞下挂的又是它的什么?
  2. 问题二,银杏树上结的白果是果实还是种子?山麦冬结的小球呢?

答案揭晓:蒲公英果实,萝藦、银杏、山麦冬的都是种子。

前面3个不解释了,想想就能明白。 最容易误导人的就是山麦冬,它的种子长着一副浆果模样,而真正的果皮部分在果实刚发育没多久的时候就已经破裂了。大家看这幅图(copy自CFH),看看能不能看出什么问题:

大家注意那个果梗,它上面原先是一朵花的。一朵花怎么会结出两个甚至6个果来呢?因为那些“果”其实都是种子。山麦冬子房有3室,每室2个胚珠, 如果全部发育,最后就应该有6枚种子,这正是图上这部分所展示的。

每一个种子都有梗,那个梗可以叫珠柄什么的。起先我看植物志上山麦冬的描述,一直看不懂,后来才明白是这么回事。植物志:“果实在发育的早期外果皮即破裂,露出种子。种子一个或几个同时发育,浆果状,球形或椭圆形,早期绿色,成熟后常呈暗蓝色。”外果皮破裂以后就退化了,只剩一点残痕迹了。如果在果实刚发育的时候去找,应该能看到真正的果皮,不过我意识到这一点的时候已经晚了。

山麦冬早期果实(@神舟供图)

【早开堇菜的果实与种子】

说起我对果实的关注,其实是从今年春天对早开堇菜的观察开始的。关于堇菜的两种花,大家如果感兴趣,也可以参看这个帖子

大家知道,堇菜属植物一般都有两种类型的花,一种是靠昆虫传粉的开放花;还有一种没有花瓣的闭锁花,行自花传粉。

早开堇菜的开放花
早开堇菜的闭锁花

我为了方面拍照,把闭锁花周围的叶子都拨开了。正常一般是藏在叶丛里面的。我感兴趣的是,这两种花所结出的果实在外观上是完全一样还是有所区别呢?通过观察比较后发现,二者确实是有区别的:

当时为了作比较,我随手摘了几个还没开裂的果实回来,后来又随手拿杯子倒扣起来放到了一边。到第二天晚上,我差不多已经忘了这茬,还是杯子里不时传来的“叮叮”声提醒了我,打开一看,原来那几枚堇菜果实中有两个已经开裂了,叮叮声就是种子弹出来后碰到杯壁发出的。

像图中这样开裂的堇菜果实我是见过的,之前以为那些种子随后会自然地落到地上,没想到竟是被弹射出去的。这个弹射的动力是哪里来的呢?原来裂开的3个果瓣会因为失水而收缩,每个果瓣从两侧向中间挤压,当压力足够大的时候,种子就被挤出并且弹开了。

这是种子已经弹射出去很多了的,可以看到果瓣已经朝中间收缩不少了:

全射出去就是这样了:

对于不能长时间在野外观察的人来说,一个办法是把即将成熟的果实采回来放在室内观察,这样即使你错过了果实开裂的那一瞬间,至少也能知道开裂的后果。

堇菜这种传播种子的方式给了我一些启发。同样是弹射种子,像凤仙花、酢浆草那种一受外力触碰就弹射的现象很容易引起人关注,而像堇菜这种按照自身节律弹射的就不那么引人注意了,因为你不知道弹射会在什么时候发生。

【紫藤的果实种子】

说到弹射,前些日子摘了些紫藤的大豆角,放屋里,没想到它们慢慢拧巴拧巴,然后嘎嘣嘎嘣都自己拧巴裂了,崩一地种子,声音特别大。

包括紫藤在内的许多豆科植物在果实开裂时都有一个特点,其果瓣在分开的同时会发生扭曲,这个扭曲是在瞬间完成的,因此能产生很大的力量,将种子抛射出去。我用紫藤做的试验表明它的种子能飞出去4、5米远。紫藤的种子很大,为什么在紫藤花架下面不容易捡到?原因大家现在应该都明白了。

【酢浆草的果实种子】

“玩完一盆,又跑去玩另一盆。在这盆里,我观察了酢浆草是如何把种子弹出的。首先,成熟的果实在遇到外力的作用时,果皮会裂开一些口子,而里面的种子就会冲出来。那,是哪来的动力?我又看了下射出来的种子,除了表面有波痕的褐色种子外,还有一种U字形的白色物质,一摸,弹性十足,难道这就是果实的弹簧?它们顶着果实,直到一个临界点,随之发射?而且这个白色物质还带点粘性。为了解开心中的疑惑,摘了颗未成熟的果实剖开了,发现并不是我想象的,存在一个U型的白色肉弹簧,而是一颗颗包裹着种子的种皮,由一个个小小的柄连接在蒴果中间的轴上。@年高补充

查资料才知道,这层白色的物质就是酢浆草的假种皮,当种子成熟后,它逐渐变透明,与种子分离。这种蒴果成熟碰到外力作用后,压力会通过蒴果的中轴传递到假种皮,导致假种皮内外层的压力不一,当这个压力达到一个临界点后,就会随时触发开裂。蒴果裂开后,假种皮也瞬间开裂,内部肿胀的内层细胞会翻转突出,借着这种瞬间翻转的力量,把种子弹出!最远能达40多公分,别看它们对我毫无作用,可一旦射到另一颗即将成熟的蒴果,一个小型连锁爆炸就这样发生!”

酢浆草的上面好多同学已经解释了,我就只贴个图。白色的就是假种皮:

假种皮包裹的种子
白色的假种皮已翻转

凤仙花的果实种子:凤仙花弹射种子靠的也是果皮在瞬间的形变,这是大家都很熟悉的。

老鹳草属的果实和种子:老鹳草属植物果熟时果瓣会向上反卷,借此将里面的种子弹出去。

 

牻牛儿苗的种子:与老鹳草同科的牻牛儿苗采取的则是另外的策略,它的种子并不从果瓣中脱出,果瓣也不像老鹳草那样反卷,而是拧成螺旋状。

靠这个螺旋的力量,它可以是使有种子的那一头钻到地下去。所以自己就把自己点播了!种子上的毛的作用是防止逆向旋转。

其实关于牻牛儿苗那个,我一开始是有疑问的,那个果喙的旋转真有那么大力量?后来一个偶然的发现,终于明白是咋回事了。

我放了一个牻牛儿苗的果瓣在寝室里,一放就是一年。后来有一次闲的无聊就把它扔到了水杯了。 没想到过了一会儿那个螺旋形的果瓣又伸直了。这一下恍然大悟,原来每下一次雨再天晴一次,就相当于给它上了一次发条,这样即使一次钻不进地里,时间长了也总会成功的。

我觉得这个很有趣,植物的很多现象都和失水或吸水有关。

植物在传播种子方面的技巧,并不输于它在传粉中所表现出来的。只是由于果实一般不像花那样显眼,所以很多的精巧机制常常被人忽视掉了。

【国槐的种子】

前面讲豆科植物用开裂的方式将种子弹出去,但是国槐的果实不开裂,它传播种子是个什么机制?前段时间我无意中发现了,原来是靠鸟。

那天路过几棵槐树下,正好看到一只喜鹊在啄它的果实。走到树下一看,地上还有掉的果实碎屑,果皮是黏的,想必里面含有糖分之类。难怪它的果皮是肉质的而且不开裂,都开裂了就吃不进鸟肚子里了。

@年高:我小时候看红树的果实,胎生的,也很有趣,靠水流传播的是另一种方式。

| 结 束 |

好,就讲这么多吧,俺也有点累了,下次有时间再说说叶子和茎的。其实今天说了这么多,主要就想表达一点:在我们身边的植物身上,就有很多值得发掘的东西,我们在观察的时候只要多一点细心,多一点思考,就可以使认识植物的过程变得更加有趣。

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