漫谈植物世界的嗅觉

梁微

【摘要】植物有没有嗅觉等感觉，一直是一个颇具争议的话题。以寄生植物田野菟丝子为例，通过一系列实验证明植物在激素的调控下，不仅具有嗅觉，而且通过嗅觉，寄生植物可以选择自己“心仪”的寄主，而且可以起到“预警”等社会交往功能。

【关键词】植物嗅觉田野菟丝子激素

长期以来，人们一直认为植物自身没有嗅觉、触觉等感觉，并认为“植物的触觉、味觉、嗅觉等特征是相对于人的感觉而言……是（人类）长期与植物近距离打交道时所产生的感觉。”如中国古诗词中所云：“弹压西风擅众芳，十分秋色为伊忙。一枝淡贮书窗下，人与花心各自香。”有中国学者也直言不讳：“科学研究还没有明确证据证明植物自身有感觉。”然而，美国特拉维夫大学植物科学中心的丹尼尔博士在其著作《一株植物所知道的》中指出，一株植物可以看到、闻到和感觉到。在谈到植物的嗅觉时，他列举了寄生植物菟丝子是如何依靠嗅觉寻找寄主和事物的。当然，有这样观点和发现的不止丹尼尔一人。近年来，许多的科学实验已经证明植物是有嗅觉的。当然，植物的这种嗅觉极其产生机能与我们人类世界对嗅觉的认知并不完全相同。

甜菜菟丝子（cuscuta）是一种有着细长黄色枝蔓的植物，能长至三英尺高，花成白色，有五朵花瓣，“种子萌发并缠绕到寄主后即生长出吸器，一方面，借助吸器固着寄主，吸收寄主的养料和水分；另一方面，也给寄主的输导组织造成机械性障碍。”在我国广东有着广泛的分布。通常被称为菟丝子（dodder），但是不同于菟丝子的是，甜菜菟丝子没有叶子。此外，因为缺乏叶绿素，甜菜菟丝子没有常见的绿色外表。众所周知，叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，是一类含脂的色素家族，位于类囊体膜。叶绿素吸收大部分的红光和紫光但反射绿光，所以叶绿素呈现绿色，它在光合作用的光吸收中起核心作用。作为一种寄生植物，甜菜菟丝子主要从其身边的其它植物那获取自身的食物。通常，它会把自己附着于一种宿主植物，然后将附属丝吸附在宿主的维管系统中吸取养分。令人称奇的是，甜菜菟丝子竟然有自己“饮食偏好”。换言之，它对宿主具有选择性。正如有学者指出：“该植物不仅对气温特别敏感，而且对寄主的种类、部位也有明显的选择”。

和其它植物的种子一样，甜菜菟丝子的种子也会发芽。新长出的嫩芽伸至空中，新生的根部钻入泥土。但是，如果不能很快地找到宿主以获取养分，幼芽时期的菟丝子将会死去。随着菟丝子的幼苗不断地成长，它的茎尖部呈环形伸展，好像在探寻周围的环境。菟丝子的这些圈状茎叶的蔓延看似漫无目的，但是只要它周边有任何一株植物，那么它的弯曲、伸展、旋转则立刻变得极具方向性——它的一切生长都朝着能给予它滋养的植物方向开展。这也就是我们常说的“植物的向性运动（Tropic Movement）”——植物对外界植物中的单向刺激而引起的定向生产运动。举例来说，如果菟丝子的周边有一株西红柿，那么它的所有生长都是为了最终找到这棵西红柿。但是，菟丝子并没有触碰西红柿的叶子，而是沉下其茎叶，并不断延伸，直到它发现了西红柿的根茎。最后，菟丝子的茎叶攀附在西红柿的根茎上，并紧紧缠绕，继而从接触宿主的部位伸出尖刺，戳入宿主的韧皮部，吮吸糖分，不断生长，直至开花。

宾夕法尼亚州立大学昆虫学家康斯薇洛·莫拉斯曾经做过這样的实验：她将空罐子和装有人造植物的罐子放在菟丝子的周围，探寻菟丝子是如何定位它的“猎物”的。结果，她发现无论她将西红柿放在光线充足的地方还是阴暗的地方，菟丝子从来朝着那些罐子或是装有人造植物的罐子的分方向生长；相反，菟丝子很坚定地朝着西红柿的方向生长。莫拉斯当时大胆地假设认为菟丝子能够闻到西红柿的味道。为了验证其假设的合理性，莫拉斯和她的学生们将菟丝子放入一个密封箱中的罐子里，再将西红柿放入另一个密封的箱子里。两个箱子由一根管子连接，管子的一头插入装有菟丝子的箱子。这样，两个箱子之间的空气可以自由流动。被隔离地菟丝子仍然朝着管子的方向生长，这充分说明，西红柿散发出菟丝子喜欢的气味，而这种气味顺着管子飘到了装有菟丝子的箱子里。

莫拉斯又取材西红柿根茎制成低纯度的西红柿香水，接着把蘸有此香水的棉签放在菟丝子旁边的罐子里。作为对照组，莫拉斯用棉签蘸上用于制作西红柿香水的溶剂，同样置于菟丝子旁边的罐子里。正如所预料的那样，莫拉斯诱使菟丝子朝着散发着西红柿气味的棉签方向生长，而不是朝着散发着溶剂气味的棉签方向生长。莫拉斯进一步的研究也发现，如果将西红柿和小麦置于离菟丝子等距离远的两个不同的罐子里，菟丝子依旧会选择朝着含有西红柿的罐子方向生长。西红柿和小麦在化学成分上非常相似，都含有β-月桂烯，一种具有令人愉快的、清淡香脂香气的无色或淡黄色液体。这种易挥发的化合物本身就能够导致菟丝子朝着它所在的方向生长。但是，为什么菟丝子最终选择了西红柿，而不是小麦呢？为何会出现这种选择上的偏好？一种假设就是西红柿散发出的气味的复杂性。因为，除了β-月桂烯，西红柿还散发出两种吸引菟丝子的气味，形成了一种菟丝子无法抵制的香气。相比之下，小麦只是含有一种诱使菟丝子的芳香。此外，小麦散发出的Z-3-甲基丁酸令菟丝子觉得难闻。

1983年，美国华盛顿的两位科学家戴维·洛兹和戈登·奥利恩斯发表了一项与植物交流的重大发现，彻底改变了我们对从柳树到利马豆等几乎所有植物的看法。在这个发现里，两位科学家声称树木之间会相互示警，以防食叶性昆虫的袭击。他们还注意到，如果一些柳树已经遭到毛毛虫的侵扰，树干上布满了毛毛虫，那么这些柳树周边的其它柳树收到毛毛虫侵扰的可能性就会明显降低。这些生长于受浸染的柳树旁边的健康的柳树之所以能够对毛毛虫具有抵抗力，是因为这些树的树叶上含有苯酚和单宁酸。这些物质的存在使得毛毛虫觉得树叶不那么可口。由于科学家无法断定受损的树和完好的树之间有没有物理上的联系。换言之，这些树之间是否有共同的根本或者是他们的枝干是否交织。因此，洛兹认为，受到毛毛虫侵扰的柳树肯定听过空气向健康的柳树传递一种信息素。通俗地说，就是收到害虫侵袭的树对其尚未收到侵扰的邻居发出警示：“注意！保护好自己！”其实，“植物对周围环境变化的反应都要求植物具备完整的调控系统……而植物激素就是在这种调控系统中其决定作用的一系列信号传递分子。”endprint

美国马萨诸塞州达特茅斯大学的研究人员也有类似的发现。他们研究的对象是生长在密封的普列克斯玻璃瓶中（一种用聚甲基丙烯酸甲酯制成的固态透明塑料）的白杨和糖槭的幼苗。我们知道，“在静息空气中，植物散发的气味分子……形成一个球形的活动区间，而在流动的空气中，这个活动区间是半椭球形的。”在实验中，研究人员使用了两组不同的笼子。第一组笼子中含有两类不同的树：有两片树叶裂成两半的十五棵树和树叶完好无损的十五棵树。第二个笼子里是对照组，里面的树都是无损的。两天后，受损树木的剩余的树叶含有抑制毛毛虫生长的化学物质呈增加趋势。对照组中的树木无此现象。研究人员对此指出受损的树木，无论是在试验中故意撕裂树叶的，还是受到食叶类昆虫侵扰的，都通过空气发出信号。正是这种信号促成了受损树木与未受损树木之间的交流。这种交流的结果是后者（未受损的树木）采取措施抵御即将来到的虫类侵蚀。

有学者指出：“每一种植物释放到空中的气体物质……是一些列组成相当复杂的混合物。”在过去十年，关于植物通过气味进行交流的现象接二连三地在很多植物上体现出来，如大麦、蒿属植物、以及赤杨。这种植物受到其邻居通过空气传递的化学信号的影响的现象已经成为了广为接受的科学范例。但是，植物真的能够彼此相互交流（警告即将来到的危险）吗？或者说，那些健康的植物仅仅是意外听到了受感染的植物的自言自语？对此问题，墨西哥科学家马丁·黑尔和他的团队在过去几年一直致力于通过研究野生利马豆，以期进一步探索植物能否交流这个问题。科学界一般认为，当利马豆被甲虫吞食的时候，它会产生两种反应。被昆虫吞食的叶子释放出挥发性化学物质的混合物到空中，花则产生花蜜以吸引吃甲虫的节肢动物。黑尔和他的同事将遭到甲虫侵蚀的利马豆放置在与甲虫隔离的植物的旁边，并且监测不同叶子周围的空气。他们一共选取三种不同植物的四片叶子：对于被甲虫侵蚀的单一植物，黑尔选取两片叶子，一片已经遭到甲虫啃食，一片还没有；第三片叶子选自临近的尚未受到甲虫侵蚀的叶子；第四片叶子选自与甲虫和受侵扰植物没有任何接触可能的植物。通过气象色谱图/质谱分析这种高端科技手段，他们发现每片叶子周围都有易挥发的化学物质。

黑尔发现，同一株植物上被啃食和健康的叶片散发出的气体含有本质上一致的易挥发性气体。反之，对比组树叶周围的空气中却没有这些气体。此外，与甲虫成灾的植物为邻的利马豆上健康的叶子也含有同样的挥发性化学物质。健康的植物也同样不易受到甲虫的啃食。虽然如此，黑尔仍然不确信受损的植物可以和临近的植物对话，警告它们将面临的昆虫侵扰。他的提议是临近的植物肯定在针对内信号进行一种的嗅觉的“偷听”，这种内信号正是为同一植物上其它叶子而服务的。

于是，黑尔对他的实验方案进行的简单但是较为灵巧的调整，以验证他的假设。他把两株植物紧挨着摆放，但是把受到侵扰的叶片有塑料袋密封起来，时间长达24小时。当他在第一次实验检测同样的四种类型的叶片时，结果是不同的。虽然受侵扰的叶片仍然散发出与之前相同的气体，同一枝条上其它的叶片以及邻近枝条上的叶片现在和对比组植物的叶片一样。黑尔和他的团队将包围着受侵扰的叶片的袋子打开，并且在一台小型的换气扇的帮之下，他们将空气往两个方向的其中一个方向吹：要么就吹向邻近枝条上最上面的叶子或是最远的叶子。他们检测从处于茎部上端的叶子散发出的气体，然后再检测他们产生出多少的花蜜。在空气不断吹动下的来自受侵扰的叶片开始散发出同样的气体，也产生花蜜。那些没有暴露在空气中的受侵扰的叶子没有变化。

这个结果极具意义，因为它揭示了从受到侵扰的叶片中发出的气体对于同株植物是非常必要的，因为它能保护同株植物上的其他叶片不受侵害。换言之，当一片叶子受到昆虫或是细菌的侵害时，它会释放出气味。这些气味可以保护他们免受即将到来的侵害。在这一点上，有点像中国古代的烽火。中国古代在边境建造的烽火台，通常台上放置干柴，遇有敌情时则燃火以报警——通过山峰之间的烽火迅速传达信息，可以警告临近的城市或关卡有敌来犯。临近的植物捕捉（偷听）到这种“嗅觉的对话”，就可以做好预防措施，保护自己。在自然界，这种嗅觉信号能够持续至少好几英尺远的距离，具体远近取决于不同的挥发性气体的化学属性。对于豆类植物而言，它们通常喜欢扎堆在一起。这样的话，只要有一株有麻烦，其它的临近植物就都知道了。

综上，毫不夸张地说，植物确实能够散发出芳香的气味。夏季花园中的玫瑰花香，晚春季节刚刚除草后的草坪，或者夜间开放的茉莉花，它们都散发出各自独特的味道。不用看，我们就知道水果何时可以食用；不用瞅，我们也可以轻松的察觉魔芋散发出的刺鼻的气味。这些不同的气味是动物植物之间复杂交流的手段。这些气味引发不同的传粉者去往不同的花朵，也可以令种子传播者去拜访不同的水果。人类也是如此。我们也是因为不同的花香而把花传播到世界各地。但是，植物不仅散发出芳香气味，他们还能嗅出其他的植物。虽然，植物没有连接到大脑，并能解读信号的嗅觉神经，但是菟丝子等我们大自然中的许多植物都能对信息素做出相应的反应。植物能察觉空气中的挥发性化学物质，并把这些信号转变为生理反应。这就可以被认为是嗅觉。

參考文献：

[1]彭阳陵.植物的触觉、味觉、嗅觉特征在园林景观中的心理暗示效应研究.咸宁学院学报，2012，（07）：45.

[2]林积秀.田野菟丝子生活习性及防御措施.农业科技通讯，2010，（12）：94.

[3]郭琼霞，黄可辉.危险性杂草——田野菟丝子研究.福建农业科技，1995，（12）.

[4]雷宏.昆虫对宿主植物的嗅觉定向.生物学通报，1995，（03）.

[5]卢思慧，马庆生.植物激素基因工程浅谈.植物杂志，1995，（06）.endprint