自然界十大肉食植物之一:捕蠅草,它成為最受國內寵愛的食蟲植物

2020-12-05 中國管科院紅豆杉中心

捕蠅草,(學名:Dionaea muscipula)英文名稱為Venus Flytrap,是原產於北美洲的一種多年生草本植物,是一種非常有趣的食蟲植物,它的莖很短,在葉的頂端長有一個酷似「貝殼」的捕蟲夾,且能分泌蜜汁,當有小蟲闖入時,能以極快的速度將其夾住,並消化吸收。

因為葉片邊緣會有規則狀的刺毛,那種感覺就像維納斯的睫毛一般,意思是「維納斯的捕蠅陷阱」。中文及日文對捕蠅草還有「蒼蠅的地獄」(ハエジゴク)這個別名。其主要特徵就是能夠很迅速的關閉葉片捕食昆蟲,這是種和其遠親豬籠草一樣的食肉植物,在茅膏菜科捕蠅草屬中僅此一種,屬於維管植物的一種。盆栽可適用於向陽窗臺和陽臺觀賞,也可專做栽植槽培養;捕蠅草被譽為自然界的肉食植物。捕蠅草獨特的捕蟲本領與酷酷的外型,使它成為了最受國內寵愛的食蟲植物。

捕蠅過程

分泌蜜腺

捕蠅草食蟲植物的習性大致上分為以下四步驟:①引誘昆蟲→②捕捉昆蟲→③利用消化液來分解與吸收→④利用吸收到的養分來維持生長。不過並不是所有的食肉植物都是經過如此完整的過程,例如有些同類型的植物並不分泌出消化液,而是藉由各種微生物來分解後吸取維持的。而捕蠅草在這個部份屬於比較高等,具備相當完整過程的食肉植物。

捕蠅草的葉緣部份含有蜜腺,會分泌出蜜汁來引誘昆蟲靠近。當昆蟲進入葉面部份時,碰觸到屬於感應器官的感覺毛兩次,兩半的葉就會很迅速的合起來。生長於葉緣上的刺毛是屬於多細胞突出物,沒有彎曲的功能。當葉子很快速的閉合將昆蟲夾住時,刺毛就會緊緊相扣的交互咬合,其目的就是防止昆蟲脫逃。

傳遞信號

捕蟲的訊號並非直接由感覺毛所提供。在感覺毛的基部有一個膨大的部分,裡面含有一群感覺細胞。感覺毛的作用有如槓桿,昆蟲推動了感覺毛,使得感覺毛壓迫感覺細胞,感覺細胞便會發出一股微弱的電流,去通告捕蟲器上所有的細胞。由於電流會四散向整個捕蟲夾,所以引發閉合併不需要觸碰同一根感覺毛,只要在同一捕蟲夾中任兩根感覺毛髮出電流,便能引發閉合運動。當然,感覺毛所發出的電流僅影響其所在的捕蟲夾,不會干擾到同一植株上其他捕蟲夾的運作。

在受到刺激之前,捕蟲夾呈60度角張開著,當受到昆蟲刺激時,捕蟲夾以其葉脈為軸而閉合。捕蟲夾的閉合與捕蟲夾上的細胞收縮有關。當捕蟲夾上的細胞得到感覺細胞所發出的電流,其內側的細胞液泡便快速失水收縮,使得捕蟲器向內彎,因而閉合。

捕蟲夾的閉合

捕蟲夾的閉合是一個精確的控制過程。此過程最初是在昆蟲碰到位於夾子上的感覺毛時開始的。引起閉合的條件為一個捕蟲器中,任意一根感覺毛被觸碰到兩次,或是分別觸碰到兩根感覺毛。觸碰感覺毛的時間間隔對於閉合有決定性的影響:假如兩次的觸碰間隔在20~30秒內則能閉合,超過這段時間則需要有第三次成功的刺激才會閉合。

捕蟲器需要兩次的刺激,為的是確認昆蟲已經走到適當的位置。當捕蟲器受到第一次的刺激時,此時昆蟲只是稍微走入捕蟲器;若捕蟲器就閉起來,只不過夾住昆蟲的一部分,那麼昆蟲能夠逃脫的機會便很大。當捕蟲器受到第二次的刺激時,此時昆蟲差不多也走到捕蟲器的裡面,這時閉起的捕蟲器便能將昆蟲確實地抓住,關在捕蟲器之中。

閉合的過程分為兩個階段。

第一階段:夾子快速關閉,以便捕到昆蟲,此時捕蟲夾只是夾住昆蟲而已;

第二階段:捕蟲夾向內收縮,以便使捕蟲夾的內側能夠儘量貼近昆蟲,這時,捕蟲器已經完全緊閉,不留一點縫隙。

消化吸收

夾子關閉數天到十數天,此時昆蟲被分布於捕蟲器上的腺體所分泌的消化液消化。昆蟲被消化完後,捕蟲器會再度打開,等待下一個獵物。剩下無法被消化掉的昆蟲外殼,便被風雨所帶走。第二階段需要昆蟲的掙扎才能進行,因為這樣才代表捕蟲器所捉到的確實是昆蟲,是活的獵物。

捕蠅草有時會誤捉到枯枝、落葉,如果少了這項確認機制,必然會將養分浪費在消化無法消化掉的雜物上。若捕蟲器誤捉到雜物,只要沒有持續的刺激,在數小時之後便會重新打開捕蟲器,等待下一個獵物。 當捕獲到昆蟲被兩瓣葉片給夾住後而無法掙脫,昆蟲在掙扎的過程中葉片會越夾越緊直到幾乎密閉的狀態,這時兩片葉瓣內側密集的內腺體會分泌出消化液,利用這些消化液中含有的蛋白酶,將昆蟲的蛋白質分解成以氮、氧、碳、氫為主,還可能包括其他元素構成的胺基酸並進行吸收。一般大約四天左右能分解完成並吸收較易消化的部份,之後再繼續吸收剩餘的氮、磷以及其它各種所需的微量元素。這些養分都吸收完畢之後,葉瓣就會再度打開,全部時間大約需花5~10天的程度,這時昆蟲只剩下由幾丁質組成的空殼殘骸。

不過捕蠅草並無法分辨出所捕獲之物的大小,有時也可能捕獲到與葉片大小差不多的獲物,例如小型青蛙或是長腳蜂之類。這時往往會造成來不及分解吸收,而獲物自體就先腐敗,所以葉片就會出現像食物中毒一般而枯萎。另外,每個葉片大約可以捕捉12~18次,消化3~4次,超過這個次數葉子就會失去捕蟲能力,為最後的光合作用作出應有的貢獻,然後漸漸枯萎。

捕蟲速度

當昆蟲採蜜時第一次接觸到感覺毛後葉片並不會有什麼動作,但是如果連續刺激兩次,那葉片就會在平均大約0.5秒以內馬上合起來(但是一些人工園藝品種達不到這個速度)。而如果第二次碰觸的時間與第一次碰觸時間相差超過約20秒時,葉片會變成半合閉或是沒反應的現象。如果在這時馬上再刺激第三次,那葉片也會迅速的合起來。

經過實驗調查,捕蠅草的感覺毛就像是一個感應裝置,經過連續兩次碰觸的刺激時,葉的基部會產生大約100毫伏(mV)的活動電位(Action potential)到葉子表面上,造成葉片內側的水分迅速流失,導致內外壓力不等所以葉片就因此閉合。這樣的捕蟲機制是一組相當精密的結構搭配,而且刺激感覺毛就像是設定了定時裝置一樣,等到第二次確認才會閉合,最主要是為了提升捕蟲的準確性,否則的話如雨滴、動物經過時均會降低並影響其捕蟲的效率。

經由植物研究者確認了捕蠅草會發出活動電位這樣有機制的機關,就類似動物的神經組織會產生傳輸信息一般。不過因為這必須連續碰觸兩次才會產生,也就是說應該還有個可以記憶的組織。至今依然還不清楚這樣的記憶是如何在捕蠅草中運作的,這是一個未解之謎。

食蟲植物設下迷局,然後展開殺戮。捕蠅草的細小絨毛被碰觸兩次,便"啪"地一聲突然關閉。

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