“化学武器”——外来入侵植物惯用的杀手锏

文/徐景先 毕海燕 黄满荣 李湘涛

自从公元前四世纪斯巴达人在伯罗奔尼撒战争中用沥青和硫磺的混合物击败敌人开始,化学武器在人类的历史中已经存在了两千多年。众所周知,化学武器是一种大规模杀伤性武器,它具有杀伤范围广、威力大、扩散速度快、持续时间长、种类多和杀伤途径多等特点,一旦被使用将造成严重的人道主义灾难,并对生态环境造成严重的破坏,让人谈之生畏,闻之色变。

如此可怕的化学武器并非我们人类的专利,追根溯源,最早发明和使用“化学武器”的鼻祖应该是植物。在自然界里,植物之间以及植物和微生物或动物之间使用“化学武器”的战争时时刻刻都在进行之中。欧洲科学家Molish早在1937年就发现了植物之间的“化学战争”,他给了这种战争一个十分温和的名称:化感作用。对于原本生长在同一区域的植物而言,这种战争犹如邻里矛盾,表现相对缓和。但是对于外来入侵植物,情况可就大不一样了,当其侵入某一地区,为了迅速在当地占有生存领地,扩大生存空间,它们会运用自身产生的“化学武器”对身边的其他本土生物大肆“残杀”,大有斩草除根诛灭九族之气势,其惨烈程度不亚于人类使用化学武器所发动的战争。

一、认识植物的“化学武器”

植物的“化学武器”其实是植物自身产生的一类次生代谢物质,分子量较小,结构简单。科学家也给它们起了一个简洁易懂的名字,叫做化感物质。经过多年的研究,科学家把植物秘密制作的众多“化学武器”拨皮去壳,呈现在世人面前。目前发现的植物“化学武器”主要分为14大类:即简单不饱和内酯;长链脂肪酸和多炔;可溶性有机酸、直链醇、脂肪族醛和酮;肉桂酸及其衍生物;苯醌、葱醌和复醌;简单酚、苯甲酸及其衍生物;类黄酮;香豆素类;丹宁;类萜和甾类化合物;生物碱和氰醇;氨基酸和多肽;嘌呤和核苷;硫化物和芥子油苷。

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如此种类繁多的植物“化学武器”,比我们人类制作的化学武器可复杂得多。植物的这些“化学武器”通过茎叶挥发、茎叶淋溶、花粉传播、种子萌发、根系分泌及植物残株的腐解等途径向环境中释放,随时随地便可以和其周围的生物展开一场“化学战争”,影响周围植物的生长调节、光合作用、呼吸代谢、营养吸收、蛋白质和核酸代谢等,进而影响本土生物的生长、发育和种子萌发等,从而达到扩张自己种群的目的。

二、善用“化学武器”的异域植物

随着人类文明的进步和社会的发展,人类开发利用自然的方式逐渐多样化,外来入侵生物,便如[本文来自于www.JyqKw.COm]幽灵般跳入我们的视野,足迹踏遍全球,所到之处均和本地生物展开激烈的“战斗”。它们的出现严重破坏了本地群落的结构和功能,导致生物多样性降低,降低了本地植物和动物区系的独特性。随之也产生巨大的经济损失,美国每年因外来入侵物种造成的经济损失达1370亿美元,我国每年仅由外来杂草对农作物生产造成的经济损失超过15亿元。

是何原因让外来入侵植物有如此大的功力,横行猖狂于世呢?它们最基本的特征是营养生长速度快,对环境耐受能力强,对生长环境不挑剔,有性生殖和无性生殖兼施并举可迅速扩充领地。除了这些手段之外,“化学武器”可以说是它们成功入侵的杀手锏,通过“化学武器”它们可以隔空与本地生物发动化学战,压制本地生物,扩展地盘。

原产南美墨西哥的紫茎泽兰,现在已经是云游世界的著名的外来入侵植物,在我国被原国家环保总局列入首批入侵的16种外来物种之首,被称为“绿色杀手”。科学家已经从紫茎泽兰的植株中提取了100多种化学物质,实验发现这些化学物质既对茶叶小绿叶蝉和多种蚜虫的生长发育产生抑制作用,还对小麦、玉米、豌豆等农作物和蔬菜的种子萌发和幼苗生长有明显的抑制作用;有些易挥发的化学物质能够引起牛羊等家畜患接触性皮炎,还能对人和牲畜具有致昏作用,严重时可以导致死亡。如此看来紫茎泽兰周围动物植物,甚至人类均可成为其消灭的对象,真可谓是远道而来善用“化学武器”的高手。

加拿大一枝黄花原产美洲,如今也是遍及世界的著名外来入侵植物,在我国最早引进作为庭院花卉,如今已经在浙江和上海铁路和公路沿线、荒郊野地广泛分布,侵占果园农田。因其对本土植物的大肆“残杀”,人们称之为“魔鬼霸王花”。研究发现加拿大一枝黄花提取液对辣椒、番茄、萝卜、长梗白菜、小麦和玉米等十多种农作物和蔬菜的种子萌发或幼苗生长均具抑制作用;除此之外,它对野大豆、苘麻、反枝苋和打碗花等30多种杂草种子萌发或幼苗生长也具抑制作用。如此看来,加拿大一枝黄花也是使用“化学武器”的高手,实乃寡也敌众,大有“我花开处百花杀”之专横和霸气。

另一原产美洲地区的胜红蓟,实乃孱弱草本植物,如今走出家门,环游世界,也已经成为了使用“化学武器”的佼佼者。科学家从胜红蓟挥发物中分离出至少200多种化学成分。这些化学物质对黄瓜、玉米、萝卜、绿豆、白菜、油菜、小麦和大蒜等多种农作物和蔬菜的生长起到抑制作用。胜红蓟茎叶自然挥发物对稗草、黑麦草、三叶鬼针草等杂草的幼苗生长也有显著的抑制作用。从胜红蓟水溶物中分离和鉴定出来的化感物质早熟素Ⅰ和早熟素Ⅱ也是昆虫抗保幼激素物质,其作用正好与保幼激素相反,使昆虫提前变态,无法顺利完成生活史。通过抑制昆虫咽侧体分泌保幼激素,使昆虫过早蜕皮成熟而很快死亡;或者促使昆虫停止产生性激素,因此无法完成正常的交配和产生后代,从而有效防御昆虫的侵袭。胜红蓟利用这种神奇的早熟素,既能防御昆虫侵袭又能抑制周围植物生长,达到了一物多用的效果,有力地增强了其生态竞争能力,实乃巧用“化学武器”的异域高手。

三、“化学武器”可变身为我所用

“化学武器”是外来入侵植物“手”中挥动的利器,高悬在空中便会让许多本地生物感到深深的颤栗,惊恐无比。

如何有效减少植物“化学武器”的威慑力,缓解其对其他生物造成的恐慌,让这些“化学武器”变身为我所用,其实科学家也进行了许多研究。科学家曾经在五爪金龙植株里提取出了石竹烯和大根香叶烯等多种化学成分,其中有些物质具有一定的平喘作用,可治疗老年慢性支气管炎;有些物质还是抗癌的有效活性物质,这为植物化感物质变身为治病药物提供理论依据。五爪金龙的乙醇提取物对烈性外来入侵物种福寿螺具有明显的毒杀作用。五爪金龙本身是需要防除的外来入侵植物,若能利用它们来防治入侵动物福寿螺,“师夷长技以制夷”,可以达到双重防治的效果,这为非化学防治五爪金龙和稻田福寿螺提供了新的途径。许多国家正在进行研究将植物化感物质研制成新型除草剂,目前已发现上百种具除草活性的天然化合物,有些已被开发为除草剂推广应用。

相信有朝一日,随着科学技术的不断进步,人类认识自然的水平不断提高,人类将会从外来入侵植物手中接过它们制造的“化学武器”,用于调解自然界其他生物之间的纷扰之争,变“化学武器”为大自然各物种之间的生物调节剂,从而实现自然界中各种生物之间的和谐共存和有序发展。

作者单位:北京自然博物馆

浏览次数:  更新时间:2017-02-14 21:30:45
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