要打要跑还是要忍?植物的生长策略比你想得更复杂

动物在面对竞争时,会依据自己的相对优势来采取“对抗”、“躲避”与“忍受”等行为。例如当对手又高又壮时,动物们更易于“放弃对抗”,转而选择“躲避”或“忍受”。那植物呢?是否也会出现相似的行为呢?

德国蒂宾根大学演化与生态研究所的生物学家们发表在 Nature Communications 的研究发现,植物有办法根据竞争对手的体型高度以及枝叶疏密程度,来做出多元的决策以谋求生机。换言之,植物具有评估邻近对手竞争力,进而优化自己、在生存竞争中脱颖而出的能力。

要打要跑还是要忍?植物的生长策略比你想得更复杂

匍匐委陵菜。图/wikipedia

植物事实上能够借由各种线索来察觉周遭其他竞争者的存在。例如:当光先通过其他植物的叶片再照到下层植物时,照光量以及红光-远红外光的比例(R:FR)1会降低。这会引发植物产生不同的反应:

一种是对抗性垂直生长,透过快速生长来遮蔽邻居;另一种则是促进自身的阴影耐受度(Shade tolerance)来挣扎求生。而某些主要以无性生殖为主的植物(clonal plants)2,还有第三种反应──改变生长方向,以远离其邻居。

此研究的主要作者 Michal Gruntman 教授表示:“这三种反应在文献中都已有详尽的记载,而我们还想知道,植物是否能根据自己与对手的相对体型、枝叶疏密程度做出合宜的选择。”

为了回答这个问题,研究人员使用一种无性系植物──匍匐委陵菜(Potentilla reptans)3 作为实验对象,并且设置了光竞争情境。他们使用垂直的透明绿色滤光片,来同时降低光量以及红光-远红外光的比例,以模拟植物竞争光源的实境。借由改变绿色滤光片的高度以及密度,研究人员可以提供这些植物不同的光竞争场景。

要打要跑还是要忍?植物的生长策略比你想得更复杂

实验结果发现,匍匐委陵菜确实可以根据竞争者来做出最佳的决策。当对手矮小且枝叶茂密,限制了匍匐委陵菜的水平生长时,大多出现了对抗性的垂直生长。而当对手又高又密,使得植株既无法在高度上竞争也无法从横向躲避,则植株大多会忍受阴影。若是面对高但稀疏的对手,亦即横向躲避成为唯一的生存方式时,大多数的匍匐委陵菜也出现了横向躲避的行为。

这项研究揭露了植物可以借由评估邻近竞争者的密度以及竞争力来量身打造相应的手段,“对于生长在高度异质性环境的植物来说,能因应不同需求而做出最佳决策尤为重要。旁边的植物可能会有不同的大小、年龄以及密度,需要选择最佳的战略来谋求生机。”Gruntman 教授说。这项研究提供了植物能够整合环境中复杂资讯并做出应对的新证据。

注解:

1. 红光-远红外光比例(R:FR):一般光线中都有红光与远红外光,植物叶片能吸收红光但远红外光大多是穿透过叶片,不同的R:FR比例会对植物的生长型态造成不同影响。

2. 无性系植物(clonal plants):透过无性生殖或复制而来的植物,彼此基因相同。能行无性生殖的植物并非不能有性生殖,通常会因环境决定生殖方式。

3. 匍匐委陵菜(Potentilla reptans):蔷薇科委陵菜属的植物,在西伯利亚、中亚、非洲北部、欧洲到俄罗斯以及中国新疆都有分布。生长在海拔 500~600 公尺之间的田边潮湿地带,目前未有人工栽培。


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