大自然的匠心独具：奇特的种子（二）丨凡此种种
编者按：种瓜得瓜，种豆得豆，种子到底有多神奇？中科院之声与中国科学院昆明植物研究所联合开设“凡此种种”专栏，为大家讲述种子的有趣故事，介绍大自然中匠心独具的种子植物。
种子是裸子植物和被子植物的繁殖和散布器官，由胚珠经过传粉受精形成。虽然只包括种皮、胚和胚乳三个部分，但它们在形态和结构上却千变万化，并且每一种种子都有其独特的物种特性。为了成功进行传播，使该物种顺利繁衍，种子们八仙过海，各显神通，不仅能自力更生，也能借助果皮、花萼、花托等进行传播，并进化出了各种匪夷所思的传播机制。
鸟播种子——南方红豆杉
南方红豆杉不同成熟度的种子
南方红豆杉 （Taxus wallichiana var. mairei）为红豆杉科（Taxaceae）植物，是我国特有的一级保护植物，是第四纪冰期遗留下来的古老树种。
南方红豆杉的种子呈倒卵形，半包于杯状的假种皮中。该假种皮在未成熟时为绿色，且硬而涩，藏于枝头极难被发现。可当9-10月种子成熟，变为褐色或黑色后，假种皮就会由绿经黄，最后变成鲜艳的红色，与种子和树叶形成巨大反差，极易引起鸟儿的关注。此时的假种皮肉而多汁，酸甜可口，且富含糖、脂肪、蛋白质等多种营养物质，是鸟儿喜欢取食的对象。更为奇特的是，南方红豆杉的树皮和种子中含有毒性物质——紫杉醇，而假种皮中却没有，这是专门用来吸引鸟儿为它传播种子而准备的特殊礼物。
为了适应鸟播，南方红豆杉的种子进化出了硬而光滑、厚达0.32-0.54毫米的骨质外种皮，以保证种子被鸟儿吞食后，能抵御消化液的作用，安全通过其长长的消化道。此外，种子还进化出了形态生理休眠特性，保证其能顺利度过寒冷的冬天，只有待春天来临时，才萌发成苗，并顺利成长。
通过与鸟儿建立长期固定的合作关系，南方红豆杉得以从远古成功繁衍至今。
种子滑翔机——千张纸
千张纸薄薄的种子
千张纸 （Oroxylum indicum）为紫葳科（Bignoniaceae）落叶乔木，高7-12米，生于海拔500-900米的热带及亚热带低丘河谷密林中。
千张纸的果实长而扁平（长30-120厘米，宽5-9厘米，厚1厘米），常高高地悬垂于树梢。10月至翌年2月，它就发育成熟了，由绿色变成了棕褐色，质地也由肉质变成了木质，并2瓣裂开，露出藏于其中排列有序的数百粒种子。千张纸的种子为钝的倒梯形，四周具有薄如宣纸的白色种翅，极富特色，因此成了该植物名称的由来。其种子长6-7厘米，宽3.5-4厘米，但只有0.08-0.83克重，具有较大的表体比，故能借助风和气流进行传播。另外种子内几无胚乳，只具有一个直立大胚，为整粒种子的重心所在。其两片薄薄的子叶紧紧地贴在一起，每片上部中央深凹而呈两肾形，就如蝴蝶的翅膀，可在种子飞行过程中起到平衡作用。而胚根呈扁圆锥形，位于子叶中下部中间的裂口处，能在种子飞行过程中起到确定方向的作用。
一阵风吹来，千张纸的种子便一片片滑出，在风中飞翔，宛如一只只翩翩飞舞的白色蝴蝶，因此千张纸又名“木蝴蝶”。千张纸种子的结构极符空气动力学原理，即使在室内没有风的情况下，也能借助气流，沿纵轴作回旋运动，或如滑翔机般平稳滑行，让人惊叹不已！
异型果实——金腰箭
金腰箭的异型果实
金腰箭 （Synedrella nodiflora ）为菊科（Asteraceae） 一年生草本，起源于南美洲，现已广布世界热带和亚热带地区，是该区域中最常见的入侵植物之一。
6-10月开花时，其一朵头状花序上会开出两种在形态、性别方面存在显著差异的花。花序的外围1-2层为金黄色、舌状的雌花，中央的为浅黄色、筒状的两性花。相应地，结出的果实也分为两种，舌状花对应的瘦果为扁椭圆形（平均长4.43毫米，宽1.85毫米，厚0.41毫米，重1.069毫克）、表面光滑、边缘有撕裂状宽刺（平均长1.39毫米）。筒状花对应的瘦果为扁倒锥形或倒卵状长圆形（长5.81毫米，宽1.07毫米，厚0.40毫米，重0.607毫克），表面有疣状突起、顶端具2-5根尖刺（平均长2.24毫米），可附着于人的衣物和动物皮毛上进行传播。
在结实性和散布特性方面，中央果的数量多、小而轻、散布早，主要传播媒介为人和动物，传播距离较远，故能不断拓殖新的分布地，扩大种群数量。而边花果数量少、大而重、散布晚，主要散布于母株周围，故在母株死亡后，仍能占据母株原有的分布地。
金腰箭的这种二型性结实方式减弱了同胞之间的竞争，并利用两头下注的策略来适应时空异质性，从而使金腰箭在高度不稳定环境中，仍具有巨大的竞争优势和强大入侵性。金腰箭于1912年在我国香港始成为常见杂草，目前已是我国香港、台湾、海南、福建、广西、广东、云南、四川、江西、湖南、浙江等省的常见农田杂草，对棉、玉米、大豆、甘薯、花生等旱生作物为害严重，常与农作物争水、争肥、争空间，造成农作物减产；并渐渐入侵到了一些经济园林，如橡胶园、茶园和果园，给人们带来了严重的经济损失，影响了我国农林业的健康发展。目前其还在不断向外扩张，急需防治。
沙滚果实——沙拐枣
沙拐枣多刺的果实
沙拐枣（Calligonum mongolicum）是一种多分枝灌木，生长于我国内蒙古、甘肃、青海和新疆的各种沙丘、沙地、沙砾质荒漠和砾质荒漠的粗沙积聚处，是防风固沙的先锋植物，也是优良的薪炭材、蜜源植物和药用植物。另外由于其茎具节，节间短而弯折，且果实的形状和大小与枣子相似，故名“沙拐枣”。
沙拐枣植株生长1-2年即能结实，果实5-7月成熟，此时其长7.02-11.40毫米，宽5.10-9.24毫米，厚4.55-8.19毫米，由绿色变成了黄棕色，形状为圆球形或椭球形，表面密被顶端互相交错的柔软细刺，刺的基部稍扁，分离或联合，连着角质果皮表面，整个就为一刺球，这就是沙拐枣的散布体。沙拐枣果实的结构特点保证了其在散布后，不会立即被埋入沙中，而能在有风的情况下，在沙丘表面不断滚动，寻找适合自己萌发、生长的地方。另外，沙拐枣果实表面的刺还能有效防止动物的取食，并能挂在动物的毛发上被传播到远方，极好地适应干旱的荒漠环境。
沙拐枣的种子具有生理休眠，从而可以保证它在散布后有足够的时间去寻找“宜居地”，并能安全度过沙漠地区寒冷的冬季，在适合小苗生长的春季来临时，再萌发。
钻土果实——牻（máng）牛儿苗
牻牛儿苗钻头状的分果
牻牛儿苗 （Erodium stephanianum）为牻牛儿苗科 （Geraniaceae） 多年生草本植物，生于山坡、河岸沙地及草地生境。它具有一种能将自己埋藏起来的“钻头”状果实。
8-9月，牻牛儿苗的果实就成熟了，变成了黄褐色或黑褐色，于是其室间开裂，沿长喙状花柱基部向上反卷，形成5个分果。每个分果顶端都具有一根长3-4厘米、被毛的扁平长芒，这就是牻牛儿苗分果吸湿运动的武器。当分果掉落地面后，长芒的下部会随着空气变干而不断螺旋状卷曲，而上部则不会。在芒上部的支撑下，分果的尖端斜插入土壤缝隙，而芒下部则随着空气或地面的干湿变化而反复螺旋和解螺旋，不断产生一个向下的机械力，将分果推入土壤中埋藏起来。为了成功钻土，牻牛儿苗的分果在形状上进化成了圆锥形；基部锐化成针状，轻易就能扎进土中，甚至人的皮肤里；表面密被短糙毛，方向全部向上，可防止钻入土壤的分果再倒退出来。
牻牛儿苗分果的这些特点和传播机制成功使其免被动物取食，及干旱和火灾的伤害，而能安全地处于一个温暖湿润的环境中，更好地萌发，从而大大提高后代的成活率，这也是牻牛儿苗能够广泛分布于我国华北、东北和西北地区，以及四川和西藏的重要原因之一。
为了完成传宗接代的使命，小小的种子中竟藏着那么多的智慧，让人不得不感叹大自然的神奇！
参考资料：
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2. Wolfgang Stuppy, Rob Kesseler. Fruit – Edible, Inedible, Incredible[M]. UK: Papadakis publisher, 2008.
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5. 陈黎，刘成功，戴淑娟等. 南方红豆杉种子生物学特性及催芽技术研究[J]. 种子, 2015, 5(34): 72-74.
摄影：李涟漪、刘克明
来源：中国科学院昆明植物研究所