[科普中国]-从丢掉叶片和根说起—南方菟丝子

我是一种独特的植物，我没有叶片，也没有根，我靠吸收其它植物的水分和营养生活。我叫南方菟丝子。

我还是一粒种子。当雨水浸透土壤，我吮吸着甘甜的雨露，身体慢慢膨胀，直到厚厚的种皮被我顶破。透过土壤，我依稀能看到外面的光亮了。

几天后，我终于破土而出，这个时候的我和许多普通植物幼苗都不同。我没有子叶（也就是种子刚萌发出来的时候，顶部两片小小的绿色的“叶片”），也没有真正的根，只是一根黄白色的、半透明的丝状体。我的幼苗上部分开始慢慢地像挥舞马鞭那样不断转动，向远处探寻，寻找寄主——那棵能为我的生存提供营养的植物。

刚刚出土的菟丝子。

与普通种子萌发不同，菟丝子幼苗出土时没有子叶。

寻找寄主拼的不仅是实力，还有运气。我的体内存储的营养非常有限，我必须在营养和能量耗干之前找到寄主，否则就会死去。事实上，在一周到两周内找到寄主的幸运儿，只是很少一部分罢了。我想，这就是我们菟丝子产生很多种子的原因吧！

我是个幸运儿，没花很多时间，就碰到了一棵临近的大豆！我本能地先把自己缠绕到大豆的茎上，然后立即启动了寄生模式。我的身体很快发生变化，有的地方逐渐凸起，形成植物学家称为“吸器”的组织。吸器开始插入寄主大豆的茎内部，不断长大并分化出不同的结构，这些结构和大豆的营养、水分传输系统紧密地结合着。

哈哈！两天后，我成功地完成了我的第一次入侵，开始从寄主得到营养。

一周后，我的身体变得充盈、健壮，不断舒展延伸。我不仅得到了水，得到了糖，还得到了氨基酸、蛋白质和矿物质。由于营养源源不断的供应，我逐渐长大，却发现自己仍然与周围植物相差很大。我没有叶片也没有根，只有藤蔓状的茎！怎么回事？我竟然缺少了一般认为植物必须有的根和叶片！但植物学家说，我依然还是一种高等植物。

（视频：Dodder-1）

寄生完成后，菟丝子攀附在寄主植物上疯狂地生长。

其实，我们菟丝子并不孤单。除了菟丝子，世界上还有四千多种寄生植物，所有的寄生植物都全部或者部分依赖寄主生活。我们也有一个共同的特征，那就是所有的寄生植物都进化出了吸器。所以，也不能说吸器是我们菟丝子所特有的。

寄生植物对寄主的依赖程度不同，有的没有寄主就不能生存（专性寄生植物，比如我们菟丝子），有的也可以自己独立存活（兼性寄生植物）；有的不再具有光合能力（全寄生植物），而有些寄生植物仍可以进行光合作用（半寄生植物）。

我的进化历史一直都是一个谜。以前植物学家让我单独成一个科，但后来发现那是不对的，又把我放到旋花科。时至今日我才知道，原来红薯、牵牛跟我还是比较近的亲戚。而更多关于我演化历程的信息，来源于不久以前基因组测序工程的完成。这项工程是中国科学院昆明植物研究所的吴建强博士课题组完成的，顺便提一下，我可是第一个被基因组测序的寄生植物哦！

科学家们发现，我的基因组里面缺失了大量与叶片及根部功能相关的基因。于是他们提出一种假说，认为在很久以前，我们祖先并非这般模样。他们有叶也有根，独立自主地通过叶片光合作用合成糖分，通过根吸收土壤中的水分和矿质元素。他们自由地生长，是自养型的个体，却在机缘巧合中通过某种未知的机制，进化出了吸器。从那时起，自然界普通植物必须做的光合作用和吸取水分、营养等工作，对于我们就不太重要了，我们直接就可以用吸器从寄主植物里面获取。

因此，我们的根和叶片就逐渐退化消失了。这些重要器官的发育和生长是由很多基因控制的，我的祖先不断的把这些基因丢掉、丢掉，到我这里已然所剩不多。也正因如此，才造成我今日的不同。至于吸器是怎么进化来的，目前还没有结论，但科学家们根据研究结果提出，吸器的产生可能与根相关。

寄生模型示意图

一个有趣的现象是，我很少生病，吃我们的虫子也不多。难道我对病虫害有免疫吗？其实不是这样的，研究发现我的基因组里面抗病和抗虫的基因非常少，是祖先们把病虫害响应的基因丢掉了。较为可信的解释是，我们都没有了叶片和根，失去了这些容易发生病虫害的器官，就难以得病了，所以还保留那么多抗病的基因干什么呢？都丢掉吧！

还有一个让人们大跌眼镜的事情是，我的基因组里面还丢失了很多与控制开花时间相关的基因。普通的植物有一套非常严密的基因网络，可以通过感受温度、光照等外界因素来控制自己什么时候开花，这样才有了一年四季不同植物在不同时间开花的景象。很有可能我的开花时间的调控和普通植物也是非常不同的。怎么不同，为什么不同？我还是等待科学家们揭开这些事情的谜底吧。

我得感谢科学家们，帮我们解开了这么多的秘密。不过，我的小小的身体里面还藏有很多有趣的故事呢，真期待科学家们帮我揭晓更多的答案！