要打要跑還是要忍？植物的生長策略比你想得更複雜

• 匍匐委陵菜。圖／wikipedia
• 文/李知咸

動物在面對競爭時，會依據自己的相對優勢來採取「對抗」、「躲避」與「忍受」等行為。例如當對手又高又壯時，動物們更易於「放棄對抗」，轉而選擇「躲避」或「忍受」。那植物呢？是否也會出現相似的行為呢？ 德國蒂賓根大學演化與生態研究所的生物學家們發表在 Nature Communications 的研究發現，植物有辦法根據競爭對手的體型高度以及枝葉疏密程度，來做出多元的決策以謀求生機。換言之，植物具有評估鄰近對手競爭力，進而優化自己、在生存競爭中脫穎而出的能力。

植物事實上能夠藉由各種線索來察覺周遭其他競爭者的存在。例如：當光先通過其他植物的葉片再照到下層植物時，照光量以及紅光－遠紅外光的比例（R：FR）¹會降低。這會引發植物產生不同的反應：

一種是對抗性垂直生長，透過快速生長來遮蔽鄰居；另一種則是促進自身的陰影耐受度（Shade tolerance）來掙扎求生。而某些主要以無性生殖為主的植物（clonal plants）²，還有第三種反應──改變生長方向，以遠離其鄰居。

此研究的主要作者 Michal Gruntman 教授表示：「這三種反應在文獻中都已有詳盡的記載，而我們還想知道，植物是否能根據自己與對手的相對體型、枝葉疏密程度做出合宜的選擇。」 為了回答這個問題，研究人員使用一種無性系植物──匍匐委陵菜（Potentilla reptans）³ 作為實驗對象，並且設置了光競爭情境。他們使用垂直的透明綠色濾光片，來同時降低光量以及紅光－遠紅外光的比例，以模擬植物競爭光源的實境。藉由改變綠色濾光片的高度以及密度，研究人員可以提供這些植物不同的光競爭場景。 實驗結果發現，匍匐委陵菜確實可以根據競爭者來做出最佳的決策。當對手矮小且枝葉茂密，限制了匍匐委陵菜的水平生長時，大多出現了對抗性的垂直生長。而當對手又高又密，使得植株既無法在高度上競爭也無法從橫向躲避，則植株大多會忍受陰影。若是面對高但稀疏的對手，亦即橫向躲避成為唯一的生存方式時，大多數的匍匐委陵菜也出現了橫向躲避的行為。 這項研究揭露了植物可以藉由評估鄰近競爭者的密度以及競爭力來量身打造相應的手段，「對於生長在高度異質性環境的植物來說，能因應不同需求而做出最佳決策尤為重要。旁邊的植物可能會有不同的大小、年齡以及密度，需要選擇最佳的戰略來謀求生機。」Gruntman 教授說。這項研究提供了植物能夠整合環境中複雜資訊並做出應對的新證據。

註解：

1. 紅光－遠紅外光比例（R:FR）：一般光線中都有紅光與遠紅外光，植物葉片能吸收紅光但遠紅外光大多是穿透過葉片，不同的R：FR比例會對植物的生長型態造成不同影響。
2. 無性系植物（clonal plants）：透過無性生殖或複製而來的植物，彼此基因相同。能行無性生殖的植物並非不能有性生殖，通常會因環境決定生殖方式。
3. 匍匐委陵菜（Potentilla reptans）：薔薇科委陵菜屬的植物，在西伯利亞、中亞、非洲北部、歐洲到俄羅斯以及中國新疆都有分布。生長在海拔 500~600 公尺之間的田邊潮溼地帶，目前未有人工栽培。

參考資料

• Michal Gruntman, Dorothee Groß, Maria Májeková, Katja Tielbörger. Decision-making in plants under competition. Nature Communications, 2017; 8 
• Science Daily: Plants reveal decision-making abilities under competition
• Wikipedia: Potentilla reptans.
• 中興大學生物系統工程研究室陳加忠:光線光譜與植物光合作用的關係。

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