玫瑰扎手？听听“刺头”植物怎么辩解
2021/7/15 7:00:00 科学大院
走在小区、庭院或者马路街头，我们常常能看到月季花墙或绿篱。这堵“墙”既是城市漂亮的景观，又起到了一定的隔离作用。
图片来源：veer图库
之所以用月季花来作防护墙，不仅仅是图它们好看，还因为它的花枝上分布着大大小小的刺。
而自然界中，带刺的植物非常普遍：带刺的玫瑰、路边的刺篱、窗台上的仙人掌……一不小心，它们就都有可能成为刺伤人的“元凶”，这时你可能不禁抱怨：“烦死了，好好一枝花，怎么长这么多刺呢？”
其实植物和人一样，不会平白无故长成“刺头”，一定是经历过一些不为人知的故事......植物长刺的原因，我们就先从刺的用途说起。
植物长刺为哪般？
说到长刺的原因，防御功能一定是大家最先想到，这也是刺最为直接的用途，然而不仅仅如此，自然界千变万化，植物也面临着各种生存考验，因此根据生长环境的差异，不同植物的刺有不同的用途。
1. 避免被动物啃食，具有警戒作用
植物不能走、不能跑、也不能飞，遇到敌人时，刺就是一种保护自己的有力武器，如此可以避免大型动物或昆虫的啃食。
像刺楸、月季、刺五加、酸枣等植物，它们的枝干上都布满着长短不一的尖刺，尤其是月季，它的花朵外层的萼片，也特化成带刺的模样，尽管软趴趴不堪其用，但是能从外观上吓唬一下那些贪吃的小虫子。
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图1:月季的茎干(图片来源：张莉俊拍摄) ；图2：月季的萼片(图片来源：张莉俊拍摄)；图3：刺楸的树干
还有一些植物的刺带有鲜艳的颜色，能够发挥一定的警戒作用，如仙人掌科、大戟属和芦荟属等。
2. 有效应对干旱胁迫
除了用作防身，很多植物的刺还是适应环境的一种有效“工具”。
众所周知，仙人掌类植物一般生活在沙漠地区，沙漠大多高温少雨，要想在这种恶劣环境下生存，植物们都得“想”尽办法。
因此，一些植物就把叶子变成针刺状，这样可以有效减少蒸腾面积，降低植物体表面的蒸腾作用，保存体内的水分，从而得以在干旱的沙漠环境中生存下来。
例如金虎、茶柱等，它们的外围几乎完全被刺包裹起来，成了一个刺球，此外，还有诸如枸杞、沙棘等植物，它们的刺也是源于干旱环境的胁迫。
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图1：金虎 (图片来源：张莉俊拍摄)；茶柱(图片来源：张莉俊拍摄)；枸杞
3. 有力的攀爬工具
对于一些没有卷须也没有吸盘的攀缘植物来说，刺也是它们进行攀爬的有力工具。例如杠板归在枝条、叶柄和叶脉上长满了钩刺，这些密密麻麻的刺能够钩住树干、枯枝，甚至沿着石壁向上生长。
杠板归
还有木香花、菝葜等，只要找到可以依靠的对象，它们就会不停地攀爬。
菝葜
4. 满足繁衍需求
植物走不了路，多数时候要借助外力实现种子传播。这时候刺就派上用场了。
最典型的就是苍耳和窃衣，它们的种子长满了刺，更方便粘在动物的身体或人的衣服、头发上进行传播，同时也将种子传播得更远。
苍耳
每到秋天，狼尾草植株的基部便会长出一根根漂亮的“尾巴”，这根尾巴上的种子上都长有刺毛，刺毛上有极小的刺，能够粘附在衣物或皮毛上，狼尾草就能够通过这种方式有效传播种子。
狼尾草(图片来源：veer图库)
在肉眼可见的范围之外，很多靠昆虫传粉的植物花粉上也分布有毛刺，同样也是有利于附着在昆虫的身体或者体毛上，提高传粉效率。例如木槿的花粉粒就带有密密麻麻的刺。
木槿的花粉形态
(图片来源：参考文献[4])
长刺其实是…植物变态!
这么说来，刺是植物保护自己的一种手段，那既然刺的功能如此强大，为什么有的植物有刺，有的植物又没刺呢？刺是怎么产生的呢？
原来，自然界中，植物为适应环境变化，营养器官原有的功能会发生改变，从而导致植物形态和结构的改变，这种改变称为变态——别想歪了，此“变态”非彼“变态”。
变态在植物中很常见，萝卜、胡萝卜的肉质根是根的变态，莲藕的根状茎、大蒜的鳞茎则是茎的变态。植物的刺也是一种变态，但是不仅仅是一个器官的变态，按照发生部位可以分为叶刺、茎刺和皮刺。
1. 叶刺
叶刺是泛指，可分为两种情况：一类是是由叶变来的，属于真正的叶刺，例如大家熟悉的仙人掌，它的叶片变成了针状刺，从而减少水分的蒸发起到很好的保护作用。还有小檗属植物上的刺，也是叶的变态产生的。
细叶小檗的刺由叶变态而来
另一类是叶片某一部分发生变态而产生的，例如托叶、叶柄、叶脉、叶缘等部位变成了刺状。比如刺槐的刺是由托叶变化而来，叶柄两侧原本是两片小托叶，为了避免敌害，托叶变成了硬刺。
刺槐的刺由托叶变态而来
而叶脉演变成的剌则往往长在叶面，而且数量很多，例如两面针和蓟类植物的剌都属于这种刺。
两面针的刺由叶脉产生
叶缘刺是像构骨、十大功劳等叶缘变成了刺状。构骨的刺虽然细小，但是非常坚硬，鸟儿们十分惧怕，因此构骨又有“鸟不停”的别名。
构骨的叶缘刺
2. 茎刺
茎刺则是茎变态产生的刺状物。茎刺由腋芽发育而成，一般着生在叶腋处，发生部位始终固定。茎刺通常质地坚硬、木质化程度高，因为刺内与茎内的维管束相连，所以导致茎刺不易脱落和折断。
山楂、皂荚上的刺均为茎刺。皂荚的刺十分有趣，它能够产生分枝，每个分枝又会长成一枚枚的利刺。皂荚有了刺的保护，敌人自然就离得远远的了。
皂荚的枝刺
3. 皮刺
皮刺，是植物的表皮或皮层形成的尖锐突起，常分布于植物的茎、叶、果实等部位。表皮毛几乎存在于所有陆生植物的表面，而皮刺是一种特殊形态的表皮毛。
皮刺来源于表皮，生长的位置不固定，在植物体上的分布较为广泛。皮刺质地柔软、木质化程度低、易脱落且脱落断面平坦光滑。如玫瑰、蔷薇、月季、刺楸、刺五加、花椒、虎耳草等植物的茎上均散生许多皮刺。
皮刺不仅分布在植物的茎或枝上，许多植物的叶柄、叶片和果实上也着生许多皮刺。例如板栗果实上长得密密麻麻的刺，就是皮刺。臭椿的幼枝及叶柄上布满了皮刺，悬钩子的叶柄和叶背面着也生有许多小的皮刺。腊梅叶子的表面覆盖着的一层细小的倒勾刺、茄子萼片上的刺、苍耳、曼陀罗果实上的刺均属于皮刺。
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图1：板栗；图2：曼陀罗
所以，长在茎上的刺不一定都是茎刺，也有可能是皮刺，长在叶上的刺类型就更多了，需要根据刺的部位、形态等进行仔细地区分。
刺不光扎人，也可以帮忙
在被荆棘划伤小腿、被鲜花扎伤手指的时候，你可能会抱怨这些植物上的刺，但刺只是这些植物能更好生存的方法罢了。实际上我们生活中也离不开这些刺的帮忙。
1.作为刺篱保护财产
具刺植物往往被用作围园防护植物，如造甲刺、枸骨、椤木石楠、马甲子、凤尾兰、柞木、欧洲刺叶冬青、刺桂、枸橘(枳)、蠔猪刺(三颗针)、紫叶小檗、贴梗海棠、火棘、蔷薇、月季、葎草等植物，常常被人被栽植在在庭院或菜园子周围，用作篱笆，以防止野兽或家畜践踏庄稼。
上海辰山植物园的月季花墙既起到了隔离作用，又成为漂亮的景观
(图片来源：
https://new.qq.com/omn/20200508/20200508A02STS00.html?pc)
2. 观赏价值
在园林设计中，可以精心挑选一些枝干上、叶上或者花、果上带刺的植物，建成植物专类园的形式供公众欣赏。人们能够从这些带有危险性的植物中获得一些刺激和兴奋，使游园过程更加有趣。管理方和科普工作者也可针对有刺的植物开展科学教育，让公众认识了解这些植物。
3. 药用
一些植物的刺还可以作药用。比如皂荚刺中含有酚酸、黄酮、氨基酸和三萜类物质等，具有多种药理活性，比如：抗菌、抗过敏、抗凝血、抗肿瘤、免疫调节等作用。
还有研究结果表明，皂角刺黄醇提取物可以提高肉仔鸡免疫器官重量和淋巴细胞转化率，对其生长具有显著促进作用。
别看刺张牙舞爪，其实还得受基因控制
刺的出现本身就与环境紧密相关，因此环境对植物刺的发育也产生重要的影响。
有学者研究表明，人类的放牧可使刺地榆和多刺金雀花产生更多的刺；生活在荫蔽环境可使鹰爪花刺的数量增多，有利于鹰爪花攀缘；土壤湿度也会影响刺的发育，湿度越低，黑果枸杞的茎刺也会变得越坚硬。
除此之外，对植物刺的基因研究也取得了很多的进展。研究者在玫瑰克隆中得到了控制刺形成的基因，还找到了控制菠萝叶刺形成的基因。
在对刺梨的研究中，研究者发现刺梨果实上的皮刺是由等位基因控制的。等位基因就是位于一对同源染色体相同位置上控制同一性状不同形态的基因——还记得生物课本上的豌豆吗？等位基因就如控制高茎、矮茎豌豆的有显性遗传因子D和隐性遗传因子d，那么它们不同的结合会有不同的性状表现。
高茎豌豆与矮茎豌豆杂交实验的分析图解
(图片来源：《生物2 》，人民教育出版社)
然而有刺和无刺这一对性状，受两对基因互作，即积加作用。两种显性基因若同时存在，果实刺则硬，单独存在时果实刺则软，两对隐性基因同时存在时果实无刺。不过，刺梨果实的无刺型还有可能是由有刺型芽变产生的，芽变的植株多数是通过无性繁殖才能保留性状。
还有专家联合采用生物信息学手段和分子生物学技术，在花椒中筛选出10个皮刺分化的相关基因。还通过采用转基因技术，将莴苣中刺的相关基因敲除，莴苣的刺就消失了。野生种生菜的茎刺较多，但在栽培过程中这种性状却消失了，这可能与相关基因突变有关。
对于一些经济作物来说，刺没有太多的存在意义。因此科学家们在对有刺开展研究的基础上，选育出不少少刺或无刺的经济植物品种，如无刺冬青、无刺花椒、无刺月季、无刺黄瓜和无刺沙棘。这些没有刺的植物，给我们的生活带来了诸多的便利。
无刺水果小黄瓜
(图片来源：veer图库)
近年来研究者们对刺的关注度日渐提高，在宏观和微观上对刺的研究都有新的进展，为刺的利用奠定了一定的理论基础。然而有关刺的生理生化和分子生物学方面研究还比较匮乏，对刺的形成机理还不系统和完善，因此未来还有很多空白需要科学家们通过不断努力来填补，相信不久的将来，更多具刺的植物会得到开发和利用。
总体来说，植物长刺的背后有复杂的原因，也不是成心想扎人。刺还是好刺，就看我们怎么利用了。不过还是要提醒一下，面对长刺的植物，我们还是小心为妙!
参考文献：
[1]侯镇礼. 植物刺的研究现状及展望. 森环森保. 2017(10):45-47
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[6]王莹莹，刘伟杰，杜钢军.皂角刺抗肿瘤的初步研究.河南大学学报(医学版)，2014，33(2)：88.
[7]刘建建，时鹏，黄涛.皂角刺提取物体外抑菌杀菌作用研究.医药导报，2013，32(3)：300.
[8]史宣杰，蔡毓新，曹刚强，等.无刺水果型黄瓜杂交种绿翠的选育.中国瓜菜，2007(6)：28-30.
[9]薛志峰，曹维红 .无刺花椒生物学特性及栽培技术.林业科技开发，2006(5)：89-90.
作者单位：中国科学院武汉植物园
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