矮牵牛：假扮牵牛的茄子兄弟

史军

在认识世界的道路上，有个必备的小技能，那就是分类。水里游的、天上飞的、地上跑的，谁跟谁一家，谁同谁亲近，统统按照形态结构分门别类。人们常说“物以类聚，人以群分”，不过，这外貌相似的未必就是同一家子的生物，很多时候只是生活方式相近而已。

从初夏开始，花坛中会活跃着一些异常靓丽的“喇叭花”，花的颜色非常丰富，红的、紫的、红白相间的等等。只是，这些“喇叭花”与正版的喇叭花——牵牛有很大的区别，它们的个头很矮，也没有牵牛那样的藤蔓，更不会顺着竹竿篱笆蔓延而上。但就装点效果而言，这些矮个子“喇叭花”平铺展开后，如同花毯一样，一点不比正版的逊色。这些“喇叭花”有个通俗的名字，就是矮牵牛。

假扮牵牛花的茄子兄弟

矮牵牛虽然跟牵牛只有一字之差，但却是截然不同的植物，就好像睡莲不是莲，玫瑰茄也不是茄一样。它们有相似的名字，只是因为长得相似而已。其实，矮牵牛的正名是碧冬茄，是茄科家族的成员，论辈分，倒是跟土豆、茄子、西红柿是一大家子的。至于我们平常所说的牵牛花，那可是旋花科的成员，是与红薯、空心菜同属一个家族的。

与很多出色的茄科植物一样，碧冬茄的老家在南美洲，其拉丁属名（Petunia）就来自于当地的图皮-瓜拉尼语族，意思是烟草。其实，烟草、土豆、茄子、西红柿都是从南美洲走出的改变世界的植物，所以不得不感叹，南美洲真是一个茄科植物的乐园。如今，矮牵牛也不甘示弱，因为耐旱耐热，花期超长，它毫无悬念地成为世界各地称霸夏日花坛的重要物种。

还有令人称奇的一点，人们常常栽培的矮牵牛其实是一个杂交种，但是到今天，已经很难确认栽培矮牵牛的亲本究竟是谁，这是因为矮牵牛的种间杂交完全不存在障碍，并且在确定各个物种的分类关系之前，它们就已经有非常广泛的杂交了。目前较为通行的观点是，矮牵牛是野生的直立性腋生矮牵牛（P. axillaris）和匍匐性青紫矮牵牛（P. integrifolia）的杂交后代。

从1835年，第一种矮牵牛商业栽培品种出现，到1965年时，已经发展到436个品种。目前，按照矮牵牛花的大小和重瓣特性，人们通常将它们分为大花单瓣类、丰花单瓣类、多花单瓣类、大花重瓣类、重瓣丰花类、重瓣多花类和其他类型。但是万变不离其宗的是，矮牵牛花朵的基本形态都是类似的，圆圆的花冠和长长的花冠管就是它们的身份证明。那么，这种茄科植物为什么与没有亲缘关系的牵牛长得这么像呢？

长相相似源于趋同进化的压力

矮牵牛之所以与牵牛长得极为相似，主要是因为它们面对的生存环境，特别是传粉者的环境是类似的，这种现象，就是生物学上所说的趋同进化。

简单来说，就是完全没有亲缘关系的物种，因为相似的生活环境，最终有了相似的身体结构。这其中最出名的，就是大白鲨和虎鲸，前者是鱼，而后者是哺乳动物，但是这并不妨碍它们长得几乎一模一样：都拥有流线型的身体、减少阻力的皮肤以及适应于划水的鳍和肢体。出现这种共同外貌绝非偶然，是共同的海洋水生环境造就了它们相似的身体结构。

至于矮牵牛和牵牛，其实也经历了类似的变化和选择，这种选择，来自于为它们传播花粉的动物。很多植物都有自己专属的传粉帮手，这样的好处是显而易见的。首先，这些动物会在同种植物之间穿梭，大大提高传播花粉的精确性，避免花粉浪费在其他不合适的花朵之上；再者，特化传粉的效率也会更高，在固定时间内，可以让更多的花朵受益。这就是传粉者特化的现象。

要保证有特化的传粉者，就需要一些特别的适应性组合，比如矮牵牛和牵牛吸引的，主要是蛾类和蝶类等鳞翅目昆虫以及蜂鸟。它们那根长长的花冠管，就是为这些长嘴巴食客准备的，只有嘴巴够长的蛾子和蝴蝶，才能从中吸取花蜜，完全断了蝇类、蜂类这些昆虫“偷嘴”的念想。

在选择特化传粉者时，颜色也是一个重要的标准。对于庭院中的矮牵牛来说，花朵颜色就是它们为生存而战的旗帜和招牌。这些招牌并非是为了取悦人类，而是为了吸引那些可以帮助矮牵牛传粉的动物。这些家伙对花的颜色可是很挑剔的，因为它们对颜色的感觉跟我们是不同的。比如，蜜蜂喜欢黄色和蓝色，而蝴蝶更倾向于白色和红色，至于蜂鸟，则只钟情于火红的颜色。所以，要吸引到足够的且合适传粉的劳动力，就必须选对花瓣的颜色，如果你想用纯红色的花朵来吸引蜜蜂，那就只会落得“门庭冷落，独自飘零”了。从一定程度上来说，花瓣的颜色也是植物演化历程中留下的印记。

当然，矮牵牛不仅是人类了解花朵颜色和基因关系的重要材料，也是我们打开植物基因宝库的一把珍贵的钥匙。如今，人类已经可以在矮牵牛身上练习“调色”了呢！

花色因何而变？

矮牵牛比较容易再生，通过培养组织和细胞，都能获得完整的植株；而且它的生活周期短，可使检验实验结果所需的时间缩短；再加上矮牵牛的遗传背景清晰（只有两组共14条染色体），且又是一种重要的花卉，所以，矮牵牛成为实验室的宠儿，也就不奇怪了。

从原理上改变花的颜色并不困难，只要将花青素、类胡萝卜素、叶绿素调配好，就能得到想要的颜色。但是实际在实验中操作起来，还是有些困难的。首先，花瓣里得有装配花色素所需的“原料”，比如红色的芍药花素就需要一种叫作查尔酮的“原料”。不过，有原料还不够，还要构建出新的“色素生产流水线”。要知道，一个表现颜色的花青素单元，是由花青素苷、葡萄糖集团、金属离子、有机酸基团等“小零件”组成的，也就是整条“流水线”要丝毫不差地进行装配，才能得到我们想要的花朵颜色。

目前为止，我们有几种办法来改变矮牵牛的基因，其中之一就是通过转基因的方法，把其他植物的色素基因转录进矮牵牛的细胞之中。例如，1985年，最早获得的转基因矮牵牛，就是把玉米的颜色基因导入白色矮牵牛之中，让它们开出了淡紫色的花朵。要想改变矮牵牛花朵的颜色，通常是使用农杆菌这种微生物。科研人员很早就注意到，农杆菌带有一种叫质粒（把新的基因插入植物中去的重要工具）的小型闭合环状DNA，与通常“链子”模样的DNA不同，环状DNA可以自行复制，也可以插入DNA长链之中。利用这一特性，质粒就变成了基因的“运输车”和“注射器”。

鼎鼎大名的

茄科实验植物

实际上，在实验室中活跃的茄科植物远不止矮牵牛，它的茄科植物兄弟烟草也是实验室中鼎鼎大名的实验植物。

今天，在各大遗传学实验室中，都有烟草在活跃，因为烟草有着特殊的能力。首先，烟草特别容易被病毒或者细菌感染，在感染的过程中，这些病毒和细菌携带的DNA可以很轻松地插入到烟草的DNA中去。简单来说，就是烟草的DNA很容易被我们修改。

不过，只是容易修改还不够，因为这种修改通常是针对少数细胞甚至是单个细胞进行的，所以在修改完成之后，这些细胞还要能长成完整的植物体并开花结果，把修改的基因变成可见的结果（比如抗虫、抗旱等等）。虽然，几乎所有的植物都拥有这种被称为“细胞全能性”的能力，但是不同植物的这种能力有强有弱，而烟草恰恰就是其中的强者，接受改造后的烟草细胞，很容易就能长成完整的烟草植株。

很难想象，在矮牵牛这种常见的庭院花卉背后，还有那么多让人脑洞大开的故事，而这些故事，又是人类探索生命奥秘的坎坷历程的不凡见证。相信在这些“冒牌”牵牛花的身上，还有很多未知的秘密，等着大家一起去探索。

烟草染病实验开启了病毒研究新纪元

1886年，德国人麦尔把患病烟草叶片榨成汁，注射进了健康烟草，不出意料，健康烟草也患上了花叶病。这个实验说明，花叶病确实是由病原微生物导致的。为了弄清楚这种病原微生物究竟是什么？之后，科学家又用细菌不能通过的滤网来过滤患病烟草的汁液，结果这样的汁液依然可以让健康烟草患病。这时，人们才意识到，搞怪的其实是一种比细菌还小的微生物，这种微生物要依靠活的细胞进行繁殖。于是，这成为了病毒研究的起点，也让人类在对抗流感、HIV的战争中看到了些许曙光。