出品：科普中國

作者：秦亞龍（江蘇省中國科學院植物研究所·南京中山植物園）

監(jiān)制：中國科普博覽

編者按：為解碼生命科學最新奧秘，科普中國前沿科技項目推出“生命新知”系列文章，從獨特的視角，解讀生命現(xiàn)象，揭示生物奧秘。讓我們深入生命世界，探索無限可能。

自然界中的萬物，經(jīng)過漫長的演化過程，相互之間存在著千絲萬縷的聯(lián)系。今天，我們以螞蟻與植物為題，科學闡述螞蟻是如何幫助植物授粉的？是如何幫助植物種子傳播的？又是如何實現(xiàn)與植物互利共生的？

螞蟻如何幫助植物授粉？

被子植物（有花植物）作為植物界中最大的一類，是地球上最晚出現(xiàn)的植物類群，它們形形色色的花朵中蘊含著許多生存的奧秘，其中，就包含不同的授粉方式。

大多數(shù)被子植物開花過程中，?既包括自花授粉和異花授粉兩種基本類型，涉及風媒和蟲媒授粉等多種傳粉機制。而螞蟻授粉，就屬于比較小眾的授粉機制，在蘭科植物中多有發(fā)現(xiàn)，如小兔蘭屬Leporella、蔥葉蘭屬Microtis、鳥巢蘭屬Neottia和閉距蘭屬Cleisocentron植物中均有發(fā)現(xiàn)螞蟻幫助植物授粉。

螞蟻喜甜，所以無論是花蜜腺（生長于花部的蜜腺）或是花外蜜腺（生長在植物幼莖、葉、花梗等營養(yǎng)器官上的蜜腺）分泌的花蜜，都是螞蟻喜歡的食物，當螞蟻在花朵上取食花蜜過程中，有意無意間就會觸碰到花朵的雌蕊和雄蕊，從而幫助植物完成授粉。

在我國多地均有分布的烏蘞莓Causonis japonica (Thunb.) Raf.，長得和爬山虎有幾分相似，是葡萄科Vitaceae烏蘞莓屬Causonis藤本植物。烏蘞莓的花朵極小，既能變色，還能“變性”。花朵初開時，雄蕊成熟雌蕊不成熟，中央的花盤為橙色，花盤上有花蜜分布，吸引授粉昆蟲或食蜜害蟲前來取食；當花盤轉(zhuǎn)為粉色后，花盤上的花蜜消失，雌蕊成熟雄蕊已脫落。

烏蘞莓的花蕾、花序梗、卷須、莖尖、嫩葉背面等部位還會分泌一種珍珠狀的特殊營養(yǎng)結構——食物體（Food Body），也會吸引螞蟻等昆蟲前來取食，從而換取對花朵的保護。螞蟻在烏蘞莓上取食和防御的過程中，身體與花朵的接觸，就有可能充當了授粉昆蟲。

在烏蘞莓花序上取食的螞蟻

（圖片來源：作者拍攝）

在一些自帶蜜腺的蕨類植物中，也會吸引螞蟻前來取食蜜露，當它們在取食過程中碰到蕨類植物葉背面的成熟孢子，也同樣會幫助蕨類植物進行傳播。

螞蟻如何幫助植物種子傳播？

為了生命的延續(xù)，不同植物演化出了多種種子傳播方式，其中就包括依靠小小的螞蟻進行傳播的植物，這類植物被稱為“蟻播植物”，這種傳播方式也被稱為“螞蟻傳播”。通過種子傳播，螞蟻與植物之間形成了互利共生的關系。

螞蟻傳播與其他動物不同，它的視覺不行，所以螞蟻傳播的種子基本是黑褐色系的。但是，螞蟻的嗅覺卻是異常靈敏。為了能獲取螞蟻的芳心，有些植物的種子進化出了假種皮，如紅豆杉屬Taxus、猴歡喜屬Sloanea、肉豆蔻屬Myristica等，這層特殊結構既不是種皮也不是果皮，而是由珠柄、珠托或胎座發(fā)育而成的肉質(zhì)結構，會吸引動物或昆蟲取食，進而幫助種子傳播。

有些植物的種子進化出了油質(zhì)體，如淫羊藿屬Epimedium、紫堇屬Corydalis、仙茅屬Curculigo等，這種附屬結構包含了糖分、蛋白和脂質(zhì)等物質(zhì)，成熟后會散發(fā)出類似于昆蟲血淋巴（無脊椎動物血腔內(nèi)流動的血樣液體）的味道，進而吸引螞蟻前來覓食，成為螞蟻飲食的重要組成部分。除了油質(zhì)體外，這些種子還進化出了粗糙的種皮、凹槽或把手等結構，便于螞蟻搬運回巢。

朝鮮淫羊藿種子

（圖片來源：中科院之聲）

紫堇種子

（圖片來源：中科院之聲）

螞蟻是偉大的，工蟻們獲取這些種子的第一時間不是大快朵頤，而是把種子搬起就往家奔，要與家人尤其是下一代分享這份美味。多數(shù)情況下，螞蟻只食用種子的油質(zhì)體，而植物種子則會被當作廢物扔到蟻巢的垃圾場或蟻丘。

就這樣，螞蟻在獲取食物的同時幫助種子進行了遠距離傳播，在有效限制小型脊椎動物取食的同時，還被安置在營養(yǎng)豐富的沃土之中，更有助于種子萌發(fā)，有時甚至還可以避免火災的燒毀。而且，螞蟻傳播還可以使種子擴散開來并遠離親本，從而減少親本間的競爭。

但有時，螞蟻傳播也會造成不良后果。科研人員在研究加拿大亞伯達省潛在的入侵蟻播植物短苞百蕊草Thesium ramosum Hayne時，通過比較不同螞蟻物種對短苞百蕊草的喜好，得出不同的螞蟻雖然喜好不同，但都會幫助它傳播種子。因此，螞蟻作為傳播媒介，就有可能造成這個物種的大面積入侵，進而破壞當?shù)氐闹参锶郝洹?/p>

螞蟻與植物如何互利共生？

螞蟻和植物的長期互作過程中，逐漸形成了互利共生關系，這類植物被稱為蟻棲植物（Myrmecophytes、Myrmecophilous plant或Ant-plants），也叫“親蟻植物”。

蟻棲植物膨大的莖、刺、葉柄、根狀莖、囊狀葉等為螞蟻提供筑巢空間，也會通過花蜜腺、花外蜜腺和食物體為螞蟻提供食物。蜜腺分泌的蜜露富含糖分，食物體富含蛋白質(zhì)、脂肪、氨基酸、糖分和維生素等。

當然，螞蟻在與植物共生的過程中，也會保護寄主植物免受草食動物、真菌、病原體的侵害，或是通過排泄物、食物殘渣等為植物提供養(yǎng)分。

自然界中，蟻棲植物有很多，已知的大概有20多個科、60多個屬、2000多種，如刺蟻木屬Myrmecodia、蟻蕨屬Lecanopteris、刺蟻木屬Myrmecodia、金合歡屬Vachellia、號角樹屬Cecropia、球蘭屬Hoya、蟻蕉蘭屬Myrmecophila、雙角蘭屬Caularthron、鐵蘭屬Tillandsia、豬籠草屬Nepenthes等屬內(nèi)多種植物都與螞蟻建立起了共生關系。

螞蟻與金合歡（相思樹）共生

在非洲和中南美洲，生長著很多金合歡（相思樹）家族植物，該家族原本屬于廣義的金合歡屬（相思樹屬），現(xiàn)被拆分為金合歡屬、相思樹屬Acacia等多個屬。

鐮莢金合歡枝刺

（圖片來源：Jungle Dragon）

其中，金合歡屬和相思樹屬的多個物種與特化螞蟻種群間的互利共生關系，已成為研究螞蟻與植物互利共生關系的典型案例。

它們?yōu)榱朔乐贡怀缘簦谥l上長出了各種各樣的刺，其中那些空心刺，就是為螞蟻提供的巢穴，同時，還贈予螞蟻豐富的食物，包括花外蜜腺分泌的花蜜和葉尖的貝氏體（Beltian body，一種生長在葉尖的小囊，也叫貝爾塔體，是以博物學家Thomas Belt的姓來命名的）。貝氏體營養(yǎng)豐富，是這些共生蟻的主食，也常用來喂養(yǎng)幼蟲，據(jù)說在貝氏體未成熟時，還會有專門的工蟻負責照看。

螞蟻取食貝氏體

（圖片來源：MysteryGarden）

關于貝氏體（Beltian Body）名稱的由來，這里尚未完全搞清楚，我認為貝氏體（Beltian Body）是在金合歡（相思樹）家族的專屬用法，代指金合歡（相思樹）家族葉尖產(chǎn)生的食物體（Food Body）。

共生蟻也不白吃這些美食，作為“回報”，它們會幫助金合歡有效抵御大型動物啃噬、病原體侵蝕、寄生蟲蛀蝕等。研究發(fā)現(xiàn)，與金合歡（相思樹）共生的螞蟻們不但可以幫助金合歡（相思樹）將樹下其他植物的幼苗咬斷，避免他們競爭養(yǎng)分和陽光。還可以通過不斷咬斷枝條上的新芽幫助金合歡（相思樹）控制體型，避免其他鄰居樹上螞蟻跑來襲擊。

而且，共生蟻還可以識別金合歡（相思樹）枝條震動所傳遞的信息，一旦發(fā)現(xiàn)有動物啃食，會立刻釋放刺鼻的揮發(fā)性信息素，通知螞蟻種群準確地朝入侵者奔去，涌入入侵者口鼻黏膜處，瘋狂啃咬并釋放蟻酸，合力幫助金合歡（相思樹）抵御長頸鹿、大象等草食動物或老鼠、松鼠等嚙齒類動物入侵。

大象啃食金合歡

（圖片來源：veer圖庫）

最新Science研究指出了食物鏈中的“螞蟻效應”：食物鏈中，那些營養(yǎng)級較低的生物也扮演著重要角色。

在非洲，由于人類活動導致大頭蟻的入侵，打斷了舉腹蟻屬Crematogaster與鐮莢金合歡Vachellia drepanolobium (Harms ex Y.Sj?stedt) P.J.H.Hurter的互利共生關系，原本保護鐮莢金合歡的舉腹蟻被入侵的大頭家蟻屬Pheidole趕走，使得大象啃食鐮莢合歡樹的頻率顯著增加，進而降低了鐮莢金合歡的種群數(shù)量，最終改變了獅子的捕食行為。小小的螞蟻，最終影響了草原的生態(tài)系統(tǒng)。

黃猄蟻與植物共生

黃猄蟻會在樹上織巢。黃猄蟻Oecophylla smaragdina Fabricius, 1775是一種在樹冠上織巢的捕食性螞蟻，屬于織葉蟻屬Oecophylla。

黃猄蟻織巢時，成群的工蟻會在樹冠向陽面選取枝葉繁密的枝條，然后你拉我拽地將相鄰的葉片拉到一起，當葉片距離較遠時，工蟻們還會首尾相連，形成“蟻橋”，抓住葉片后慢慢地拉到一起，另一些工蟻則會“抱”住黃猄蟻的幼仔，用它們吐出來的絲作為粘合劑將葉片相連，最終在枝條上造出圓球形的巢穴。

黃猄蟻巢穴

（圖片來源：作者拍攝）

黃猄蟻也會“放牧”。與其他螞蟻一樣，黃猄蟻也會“放牧”蚜蟲、介殼蟲和角蟬等，并以它們分泌的蜜露為食。

黃猄蟻放牧角蟬

（圖片來源：作者拍攝）

更厲害的是，黃猄蟻還能捕食柑橘、柚子、腰果、荔枝、杧果等果樹上的多種害蟲，我國古代勞動人民早在1700多年前就學會了用黃猄蟻進行生物防治，這也是人類生物防治的最古老記錄。

晉朝嵇含于公元304年在《南方草木狀》卷三中寫道：“柑乃橘之屬，滋味甘美特異者也。有黃者，有赪者，赪者謂之壺柑。交趾人以席囊貯蟻鬻于市者，其窠如薄絮，囊皆連枝葉，蟻在其中，并窠而賣，蟻赤黃色，大于常蟻。南方柑樹若無此蟻，則其實皆為群蠹所傷，無復一完者矣。”詳細描述了當時人們出售黃猄蟻用于柑橘園病蟲害防治的場景。

時至今日，在我國廣東、福建等地，還有在柑橘園飼放黃獠蟻的做法，通過生物防治實現(xiàn)柑橘的高產(chǎn)和無公害。有研究指出，螞蟻還會通過腺體、身體和腿部的細菌菌落分泌的抗生素，進一步抑制多種植物病害的發(fā)生。

生活在樹冠上的黃猄蟻除了可以捕食害蟲外，還可以給植物施肥。《Journal of Ecology》的一篇研究中，研究人員在樹棲螞蟻黃猄蟻的飼料中添加含同位素15氮的甘氨酸（一種氨基酸），通過追蹤同位素15氮的去向，得出黃猄蟻排泄到咖啡樹葉片上的糞便液滴是植株重要的養(yǎng)分來源，排泄物中的氮肥可以被咖啡樹葉片吸收，相當于我們養(yǎng)花或者種菜時施加的葉面肥。

參考文獻：

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來源: 中國科普博覽

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