由于植物不能像动物那样采取行为方式(口攻击和防御取食行为等)来对待其他生物,因而植物借分泌化学物质来吸引或排斥、抑制同种或其他生物个体的现象很普遍,这些化学物质叫做交互作用剂。随着超微量化学分析技术的进展和应用,人们广泛地研究了植物体产生的大量交互作用剂,揭示出生物间存在复杂的化学交互作用。
一、植物和微生物微生物之间通过化学物质来互相颉颃的现象称为抗生,有关的物质称为抗生素。许多植物产物作为药物使用已有一两千年历史,但它们在自然界的功能却是近年才有所认识。人们早就发现,各种植物能产生大量次生代谢产物,它们既不组成植物本身结构也非其生命活动所必需。现已发现的生物碱、类萜、类黄酮及醌类等已过万种,现在认识到其中许多属于交互作用剂。
上述交互作用剂多产自高等植物。高等植物常受真菌侵袭而发病,但高等植物体内存在着防御机制,可减轻或防止疾病的发生。例如一部分植物含有酚类化合物,可抑制孢子的萌发或菌丝的生长,但最特殊的防御机制是植物防御素,在植物受真菌侵袭时,局部细胞现合成的一种真菌抑制剂,它包括多种化合物。最早分离出的是豌豆素(一种异黄酮),较简单的植物防御素还包括苯甲酸。这是一种普遍存在的防御机制,有的植物易患病,常常因为它们产生植物防御素的速度过慢,真菌才得以不受阻碍地入侵。
二、植物和植物高等植物之间的颉颃现象称为异株克生(或化学相克),这一现象在高等植物之间很常见,特别是木本植物对周围草本植物的抑制。较著名的例子如北美的黑胡桃,它的茎、叶及根内含有一种特殊物质,经雨水淋洗至树下土壤中,再经水解及氧化形成一种萘醌,称胡桃醌。胡桃醌可杀死多种宽叶草类,还可抑制许多种子的发芽。墨西哥荒漠地区的灰白银胶菊的根可释放一种毒素(反式月桂酸),甚至可抑制同种植株。由于这种“自毒作用”,在自然界中灰白银胶菊株距很大,防止了彼此间为稀有的水分和养分而竞争。除了上述水溶性毒物外,植物还能产生挥发性毒物,它们通过空气影响周围植株。例如,在北美的白叶鼠尾草丛中,植株叶部挥发的桉树脑和樟脑弥漫于周围环境中,距植株1至2米之内寸草不生。植物释放的交互作用剂还能在群落演替过程中起一定作用。在休闲耕地上可观察到一系列植物相继侵入和替代,直至最后建立一个较稳定的群落。
三、植物和动物动物中以昆虫种类最多,已知物种已逾百万。植物中以有花植物种类最多。许多植食性昆虫虽然繁殖快、食量大,但有花植物却始终是优势生物。这是因为有花植物制造了各种次生代谢产物,它们对于取食的昆虫来说或不适口或具毒性,借此得以幸免被食。有花植物阻避昆虫取食的次生代谢产物主要有生物碱、类萜和酚类。对植食性哺乳动物的研究表明,鞣酸(单宁)是重要的阻避剂。它入口发涩,而且它与食物中蛋自质结合而防碍其消化吸收。最惊人的发现是在植物体内分离出具有动物激素功能的物质。在蕨类和裸子植物体内则发现高浓度的蜕皮激素。虽然某些昆虫可使自口食入的蜕皮激素失活,但经表皮进入虫体的却会造成很大危害:畸形发育,不育和早死。这些动物激素样物质对植物本身似乎不具生理作用,其功能主要是作为生态阻避剂。
另一方面,有花植物与昆虫间并非全是对抗关系,在昆虫传粉这一点上实际是互利的。植物提供花蜜的代价是昆虫为之传粉。花蜜以营养素为主要成分,含糖可过半量。植物还分泌出可挥发的香精吸引传粉动物。香气可传播到动物视线范围之外,在夜间也发挥作用。视觉不发达的动物,像夜行昆虫(如蛾类)、蝙蝠都依赖花香来寻找蜜源。人类感觉芬芳的物质包括萜类、芳香族化合物、酮和醚等。有些植物释放出的气味就是昆虫的外激素。此外,植物还借花色来吸引传粉动物。花色素中最主要的是花青素(类黄酮),其次是类胡萝卜素(类萜),还有叶绿素和醌等。
利用植物体产生的交互作用剂为人类服务方面的研究正日益受到人们的重视,抗生素的发现就是一个伟大的成就。目前,从植物中提取防治昆虫的有效物质和研制新药的工作正在积极进行。