编者按:在广阔的植物王国中,有些植物以特殊的生存方式在我们的蓝色星球上繁衍生息。它们可以捕捉小昆虫甚至小型哺乳动物并将其分解来喂养自己。一种著名且神奇多样的食肉植物。了解肉食植物肉食植物是一类自养植物,它们可以捕捉自己的猎物,并具有特定的消化机制来获取营养。大多数食肉植物,如茅膏菜和捕蝇草,本身可以合成消化酶来分解猎物,但有些物种本身不能合成消化酶,只能依靠昆虫陷阱等共生体来分解猎物。它也可以被认为是一种食虫植物,因为它还含有Loridula、Pamelidea、某些Helianphora 物种和细菌。有些植物虽然具有诱杀昆虫的能力,但不具备分解昆虫的机制,也没有证据表明植物可以从昆虫身上获取营养,只能认为是捕捉昆虫的植物。它不是从猎物中获取营养,而是像西番莲一样的自卫机制。肉食植物常捕食昆虫和节肢动物,因此也被称为肉食植物,但根据条件,某些种类的猪笼草也可以捕食小型哺乳动物和爬行动物,使其成为肉食植物。称它们为食肉植物。植物。该科的其他物种,如猪笼草和猪笼草,主要通过收集垃圾和粪便而不是捕捉动物来获取营养。虽然其食虫动物有所减少,但仍属于食虫植物,因为其特征器官结构与普通食虫植物基本相同。食虫植物为什么生长食虫植物一般生长在贫瘠的地区。由于各种原因,这些地方变得相对贫瘠。例如,土壤长期被雨水冲刷,特别缺乏氮或pH值较低。它无助于植物吸收矿物质营养。例子包括潮湿的酸性沼泽和有雾的高地岩层。目前(截至2021 年),国际食肉植物协会(ICPS) 记录已知存在约12 科、20 属、总计约862 种。中国科学院昆明植物研究所昆明植物园拥有9科17属约700种(含变种)。
食虫植物的植物学分类如下:
食肉植物有六种基本的诱捕机制(下图显示了典型属或种的基本机制)。
捕捉食虫植物的机理1、粘着剂——粘在昆虫上根据粘着原理进化出昆虫捕捉器的食虫植物有六属,包括Pinguicula、Byblis、Drosophila、Loridula、Triphiophyllum、Mosperum,也有柄腺。分泌粘液。这种结构将粘液与叶面分开,使空气流通,大量的粘液覆盖在叶面,叶子在等待叶子的过程中无法从空气中获取二氧化碳和氧气,这是为了防止损伤。是猎物。根据腺柄的长度和类型的不同,有相对扁平的蝇纸原理、相对三维且固定不动的粘性触手和相对三维且可主动增加接触的活动性触手,分为三种类型的粘性触手。区域。在这六个属中,紫罗兰属捕获昆虫的植物,它的腺柄很短,叶子上会分泌粘液,所以捕获的猎物直接附着在叶面上,就像苍蝇附着在捕蝇纸上一样。似乎粘在一起了。然而,一些物种被发现拥有像苔藓一样可移动的触手。但毛癣菌属、木霉属、毛癣菌属、毛癣菌属植物叶子上分泌粘液的腺茎比毛癣菌属植物长10倍以上,其触手尖端也有分泌粘液的腺体。不动触手型属于相对立体、不动、粘性触手型。紫菜属的大多数物种都具有相对三维、可移动、粘性的触手陷阱。这些食虫植物(捕虫树除外)会分泌透明粘液滴,像花蜜一样吸引昆虫。当猎物被钩住时,腺体的消化酶会消化猎物,吸收消化后的营养物质,但尤其是精虫属植物捕获猎物后,周围的触手会主动向猎物弯曲,可以伸出更多的触手。大量的粘液让猎物窒息,同时直接增加了消化腺与猎物的接触面积,让猎物更快被杀死、消化和利用。
捕捉昆虫的三色堇的腺毛
苔藓的腺毛苔藓
美杜莎捕虫树上的腺毛特写2. 陷阱—— 会淹死你猪笼草、圣赫连佛拉、瓶子草、达林草、尖头草、西兰花和卡托普斯等七属食虫植物都有自己的叶子。叶子卷曲并成为储存由分泌的消化酶和细菌组成的消化液的容器。值得注意的是,瓶状捕虫器由两种凤梨科植物叶子组成,没有缝合线,叶子彼此分离。维管束分布的证据表明,其他属的昆虫陷阱已经沿着叶子的上表面进化出卷曲缝合线。另外,猪笼草科、瓶子草科、瓶子草科虽然分属不同目,但都进化出了结构相似的瓶状捕虫器,属于趋同进化。根据类型的不同,瓶状捕虫器含有大量消化液并且开口相对较宽(没有盖子或盖子没有广泛覆盖开口),而瓶状捕虫器含有大量消化液和开口。开口较宽,可分容器。有两种类型:一种不会排出太多消化液,另一种在开口处有盖子(相对难以打开)。这七个属中大部分是猪笼草属的物种,瓶子草属、瓶子草属、凤梨科和嘉宝属的物种,以及紫瓶子草和玫瑰猪笼草属。这两种瓶子草都是装有大型昆虫的瓶形昆虫陷阱。消化液量低,要么没有盖子,要么盖子比较小,所以不能完全阻止雨水的渗透,虽然这些都属于第一类,但大多数瓶子草属物种都没有它们里面有那么多消化液。昆虫瓶和上面的属一样,已经进化成了特殊的结构,比如盖住瓶口的大盖子,以及防止雨水直接溅到上面的小口。这是一种相对未开放的类型。这七个属的所有物种都有相同的诱捕原理,但每个物种的特化程度不同,有的相对原始、结构简单,有的则高度特化、复杂,有些物种有器官。例如,瓶子草陷阱是这种类型中最简单的陷阱之一,基本上只是将叶子缝合在一起。与瓶子草和猪笼草相比,它的盖子很小,没有任何防雨功能,而且有时翻起的瓶口不能称为上唇,而捕虫器本身集狩猎和光合作用于一体。虽然特化程度不像猪笼草或瓶子草那样复杂,但其结构仍然足以适应其原生环境。例如,叶片接缝从顶部到腰部有一个小间隙,间隙两侧的机翼形成毛细排水结构,可以有效容纳局部的巨大降雨。排出多余的雨水,防止被陷阱捕获、消化液或猎物过多流失、或器官破裂或损坏。猪笼草陷阱(俗称笼子)是一个更加高度专业化和复杂的器官。它是由从叶子的中央静脉延伸出来的一个扩大的壶尖形成的,里面含有大量的消化液。就像等待猎物的胃。捕虫器的功能也比较特殊,其主要功能是捕捉动物并获取营养,而大部分光合作用是在叶子中进行的。加利福尼亚达灵顿和鹦鹉螺这两个物种同时进化出了具有多种诱捕机制的复杂诱捕器。这七属食肉植物都储存液体、提供水源、分泌大量蜂蜜以散发气味、浓缩二氧化碳、产生不同类型的光来吸引动物,用特殊的叶子来反射光谱
缝合虫瓶的品种,其蜜腺分布在瓶盖、翅膀、瓶口、瓶身等处,越靠近瓶口,蜜腺越丰富,所有蜜腺的分布是用于引导猎物到瓶口。瓶口也有特殊的结构,使其光滑。有些物种分泌的蜂蜜还含有麻醉成分,例如瓶子草的蜂蜜中含有毒蛇碱,如果猎物进食后健忘或因麻醉而昏迷不醒,会导致猎物跌倒而落入瓶中。罐子的壁上有一层光滑的蜡和上翻的刺毛,可以牢牢地抓住猎物,防止它们从捕虫罐里爬出来。通常情况下,瓶子中消化液的表面张力较低,有些物种的消化液非常粘稠,以至于落入陷阱的猎物会很快沉入水面以下而被淹死。它被消化液分解和吸收。
太阳瓶排水管
猪笼草捕虫笼
瓶子草捕虫器3.龙虾锅—— 自失眼镜蛇瓶子草和鹦鹉瓶子草这两种肉食植物,不仅进化出了上述含有消化液且相对未开放的捕虫器,而且还都长成了龙虾笼子,它的原理是一旦你进去了,你将不知道从哪里进入或离开。捕虫瓶的瓶口和瓶盖上下胶合,具有特殊的球头状结构,翼部有一个小凹口,将此结构与瓶体连接起来。颜色很暗且不均匀,呈浅色透明,结构和瓶子上有许多缺乏叶绿素的白色或透明斑点,阳光通过这些淡白色斑点渗入昆虫瓶内部,内部变得非常明亮。当猎物从缺口进入陷阱时,它会被前面明亮的白点所迷惑,以为白点就是出口,从而误入陷阱,最终进入消化液。然后它就会被消化。
(1)眼镜蛇瓶口扩大(2)鹦鹉瓶口扩大(3)瓶子鹦鹉和眼镜蛇都向内翻转,以防止猎物逃入陷阱。有一个4.鸽子陷阱—— 鹦鹉螺瓶子草,能进不能出,和鸽子陷阱(Genlisea)一样单向原理,进入后只能前进不能后退。植物的毛发的作用就像细细的金属棒,一旦猎物进入陷阱,它们就只能通过向一个方向向内推动毛发来前进,而当它们后退时,它们会直接向毛发的方向刺入。在前进并进入消化过程之前,您无法返回。液体存在的区域与鸽子陷阱的机制相同,可以进入但不能退出。 5. 夹子——:在食虫植物中,只有两个物种具有夹子形状的捕虫器:捕蝇草(Dionaea muscipula)和Aldrovanda vesiculosa。两个贝壳状夹子在中脉处连接。这些是由叶子制成的高度专业化的器官。每个夹子的内表面都有触手来驱动该机构。触手的弯曲导致细胞的门控通道打开。这会产生动作电位,并传输到中脉。中脉细胞泵出离子,改变细胞内渗透压,增加酸度,导致中脉细胞失水塌陷,迅速闭合。这个过程只需要不到一秒钟的时间。而且猎物越挣扎,抓得就越紧。闭合钳子一定时间后,它开始分泌消化液来消化利用猎物。目前,对于夹形捕虫器的开闭机理尚未取得充分的研究进展,但可以肯定的是,夹形捕虫器的开合是由于中脉细胞形态的变化所致。
捕蝇草的感觉毛6. 吸力—— 变态在食虫植物中,袋状捕虫器是狸藻属植物所独有的。囊肿捕集器的离子泵将囊肿内的离子泵出,渗透作用迫使水进入囊肿内部,从而在囊肿内形成部分真空。袋状捕虫器有一个小口,并用可打开和关闭的袋盖密封。袋盖有一对长长的触手,当水蚤等猎物接触到这些触手时,袋子利用杠杆关闭袋子。盖子会打开。由于囊内部分真空,猎物连同周围的液体一起被吸入囊中,最终被消化吸收。有趣的是,在一些实验中,使用更大更长的蛋线来激活袋盖,这样只有一部分蛋线被吸进去。观察到袋外的蛋线部分在较长时间内被吸入。它继续被缓慢地吸入陷阱中。这表明囊状陷阱内产生部分真空的机制始终处于活动状态,即使在捕获猎物后也是如此。这可能是囊状陷阱适应捕捉大型物体的过程。猎物。
显微镜下观察狸藻昆虫包囊
狸藻昆虫包囊
狸藻的地表“叶子”、地下捕虫器和地上花朵来源:中国科学院昆明植物研究所
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