2009年9月9日

花園裡的心機—植物的性別與演化

作者/胡哲明(任教台灣大學生態學與演化生物學研究所)

不只是動物男女有別,許多植物也有公母之分。不能移動的植物,為了順利繁衍後代,演化出形形色色的生殖策略。

植物有性別嗎?沒錯,有許多植物就像動物一樣,有雄的個體和雌的個體。仔細想想,像木瓜、蘇鐵等植物,的確就有公、母之分, 我們把它們稱為雌雄異株(dioecious)植物。以被子植物(開花植物)為例,其實有大約6%,也就是超過1 萬4000 種植物,屬於雌雄異株。一般人常接觸到的植物當中,像是楊柳、菠菜、柿子、開心果、蘆筍等,都是雌雄異株的植物。


我們所熟知的開花植物,大約七成以上的花都同時具有雄蕊和雌蕊,也就是說具有兩性的構造,稱為兩性花。這種構造的安排,當然有其好處,因為可以確保每個個體都能產生子代。但是在自然界中,卻可以觀察到遠比教科書上的樣版花朵更多變的型式,像是雌雄同株或異株,和一般被統稱為雜性花的各種組合。

雌雄同株的植物相當常見,比如在溫帶地區常見的殼斗科植物,還有我們常吃的玉米(圖三),都是具有單性花的這一類植物。不過雖然它們的花有分雌雄,但是不同的植株個體,並沒有性別的分化,也就是說,每一個植株都有雄花和雌花,只是雌雄構造不在同一朵花裡。這點和哺乳動物相比,還是相當不同。



植物會有這麼多樣的性別表現方式,自然有其不同的演化背景,但追根究柢都是為了在不同環境下,以最佳的生殖策略繁殖下一代。最原始的被子植物將雌雄配子體集中於一個「花」的構造上,把傳宗接代的工作,集中於此。植物努力地把生殖器官如此招搖於市,主因就是植物本身無法移動,不似動物界常為了求偶,千方百計爭奇鬥豔或拳腳相向;不管是雌性選擇或是雄性選擇,植物在性擇方面仍處於相當被動的情形。

如今科學家已從各種證據了解到,最早的被子植物即具有兩性花的構造,然而,為什麼植物要在演化出兩性花之後,又再次將雌雄蕊的構造分開呢?他們認為,這是早期植物為了子代適應性(fitness),所演化出的生殖策略。由於生物近親繁殖都有所謂的自交衰敗(inbreeding depression)現象,所以通常植物仍需要用不同的生殖策略,來避免自花授粉,以保持子代適應性。而要達到異花授粉的目的,植物可以利用許多不同的作法,比如說雌雄蕊異時成熟、自交不親和性(self-incompatibility),或是將雌雄蕊分開在不同的花上(同株或異株);也就是在時間、空間、或利用遺傳調控方式,來防止自花授粉。【更詳細的內容,請參閱第477期科學月刊】

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