问题

有机物能被生产者利用吗?那植物呢?植物都可以利用什么有机物?

回答
当然可以!我们来好好聊聊这个话题。

你提出的问题非常核心,涉及到了生物圈的物质循环以及能量流动。简单来说,有机物能不能被生产者利用,以及植物具体能利用哪些有机物,这背后是一套精巧的生态系统运作规律。

首先,我们来回答核心问题:有机物能被生产者利用吗?

答案是:大部分有机物不能直接被生产者利用,但有一个重要的例外,就是植物在特定条件下(比如种子萌发初期,或者某些共生关系中)确实会利用预存的有机物。而更广泛地说,作为生态系统中能量和物质来源的“生产者”,它们的定义和作用方式,决定了它们的主要食物来源。

为了更详细地解释,我们需要先明确几个概念:

生产者 (Producers): 在生态学中,生产者是指那些能够通过自身生理活动,将无机物转化为有机物的生物。最典型的例子就是进行光合作用的植物、藻类和某些细菌。它们是生态系统的基础,它们制造的有机物构成了整个食物链的起点,为其他生物提供能量和物质。
有机物 (Organic Matter): 泛指含有碳碳键或碳氢键的化合物,如糖类、脂肪、蛋白质、核酸等。这些物质通常是生命活动产生的能量载体和构成材料。
无机物 (Inorganic Matter): 通常不含碳氢键,例如二氧化碳(CO₂)、水(H₂O)、矿物质盐等。

那么,为什么说“大部分有机物不能直接被生产者利用”呢?

因为生产者的核心能力在于“自养”。它们就像是自己制造食物的工厂。

光合作用 (Photosynthesis): 这是最主要的生产方式。植物利用叶绿素等光合色素,吸收太阳能,将环境中的无机碳(主要是二氧化碳)和水,转化为含有能量的有机物(主要是葡萄糖),并释放氧气。这个过程的化学反应式大致是:
6CO₂ + 6H₂O + 光能 → C₆H₁₂O₆ (葡萄糖) + 6O₂

在这个过程中,植物需要的是二氧化碳和水,以及光能和无机盐(土壤中的氮、磷、钾等必需元素)。它们并不需要外界提供已经合成好的有机物来作为直接的能量来源或结构材料。

化能合成 (Chemosynthesis): 某些细菌(如硝化细菌、硫细菌)也能成为生产者。它们不依赖光能,而是利用某些无机物的氧化释放的化学能,来合成有机物。例如,硝化细菌可以氧化氨(NH₃)生成亚硝酸盐(HNO₂),再氧化亚硝酸盐生成硝酸盐(NO₃⁻),这个过程中释放的能量就被用来合成有机物。它们利用的也是无机物(如氨、硫化物)和二氧化碳。

这不就矛盾了吗?有机物也不能被利用?

这里需要区分“作为能量来源/构建材料来利用”和“作为生产过程中的辅助或特定阶段的消耗”。

1. 作为能量来源/构建材料: 绝大多数生产者在正常生长发育时,其能量和碳骨架主要来自于光合作用或化能合成所制造的有机物。它们不需要去“吃”其他生物制造的有机物来维持生命。如果生产者需要依靠其他有机物来生存,那它们就属于“消费者”了。

2. 特定阶段的消耗:
种子萌发: 种子在萌发初期,在长出叶片进行光合作用之前,会消耗种子本身储存的有机物(如淀粉、脂肪、蛋白质)。这些是植物在发育早期为自己准备的“口粮”。可以说,这是“生产者”在成为完整意义上的生产者之前,利用了自己储存的有机物。
共生关系: 某些植物会与微生物形成共生关系。例如,一些豆科植物的根瘤菌可以固氮,为植物提供氮素。而植物则为根瘤菌提供光合作用产生的有机物(糖类)。在这种情况下,植物是将自己生产的有机物“提供”给共生微生物,而不是反过来。
腐生或寄生: 如果生产者(比如植物)采取腐生或寄生方式生存(虽然这不太常见且定义上有模糊地带),那么它确实会利用外界现成的有机物。但这类生物通常不被认为是严格意义上的“生产者”,而更倾向于“分解者”(腐生)或“次级消费者/寄生者”。真正意义上的生产者(如绿色植物)不具备分解有机物的能力,它们依赖无机物和能量。

总结一下“有机物能被生产者利用吗?”:

严格意义上,生产者主要通过将无机物转化为有机物来获取能量和物质。
它们并不直接利用外界提供的复杂有机物来维系生命活动。
然而,在种子萌发这样的特定生命阶段,植物会消耗自身储存的有机物。
如果将定义放宽,一些“异养”的植物(如寄生植物)确实利用有机物,但它们已不属于典型的“生产者”范畴。



那植物呢?植物都可以利用什么有机物?

这个问题,我们刚才已经铺垫了大部分。我们再次聚焦植物(特指绿色植物,因为它们是生态系统中最重要的生产者):

植物在正常生长发育过程中,主要利用的是无机物和能量来制造有机物。它们不直接利用外界的复杂有机物作为主要的能量来源或构建材料。

那么,植物“利用”的有机物具体是指什么?主要集中在以下几个方面:

1. 自身储存的有机物(种子萌发、休眠植物):
淀粉 (Starch): 这是植物最常见的能量储存形式,主要储存在种子、块茎、根等部位。种子萌发初期,胚乳或子叶中的淀粉会被酶分解成葡萄糖,供胚生长发育。
脂肪/油类 (Lipids/Oils): 在一些植物的种子中(如油菜籽、花生、葵花籽),脂肪是主要的能量储存物质,为胚的早期生长提供更高效的能量来源。
蛋白质 (Proteins): 存在于种子的胚乳或子叶中,作为酶和结构蛋白的来源,也能在需要时分解提供氨基酸,进而转化成能量或新的蛋白质。

为什么植物要“利用”这些储存的有机物? 这是因为在种子萌发、度过冬季的休眠期,或者在没有足够光照(比如被遮蔽)的早期阶段,植物还没有能力通过光合作用产生足够的有机物来维持自身生长。此时,它们就“吃”自己储存的“粮食”。这就像我们人类婴儿出生后,一开始是喝母乳(储存的能量和营养)来成长的。

2. 微量有机物(作为营养):
维生素 (Vitamins): 虽然植物自己也能合成大部分维生素,但某些维生素(如生物素)的合成途径可能较复杂,或者在某些条件下合成效率不高。因此,植物也可能从土壤或环境中的微量有机物中获取某些维生素,作为辅酶或生长调节剂的组成部分。但这非常少量,不是能量来源。
植物激素 (Phytohormones) 或信号分子: 在某些情况下,植物可能会感知并响应环境中其他植物释放的有机信号分子,但这更多是信息交流,而非物质或能量的直接利用。

3. (不属于生产者范畴的)植物利用有机物的例子:
寄生植物: 像菟丝子、槲寄生等寄生植物,它们失去了进行光合作用的能力,或者光合作用效率很低。它们直接将自己的茎或根侵入到其他植物体内,吸收宿主植物运输来的有机物(如糖类、氨基酸),作为能量和物质的来源。这类植物是消费者或异养生物,而不是生产者。
捕虫植物: 像猪笼草、捕蝇草等。它们的叶片进化成了捕食器官,捕捉昆虫。它们利用光合作用制造的有机物来维系生命,但它们从昆虫体内获取的有机物(主要是蛋白质、脂肪等),可以为它们提供生长所需的氮、磷等元素,弥补它们生长环境(如贫瘠土壤)中这些元素的不足。严格来说,它们主要还是在利用无机物和光能,但获得了额外的“营养补充”。

植物可以利用什么有机物?——详细总结

对于绿色植物这个生产者而言,它们最核心的“利用”不是去消化吸收外界的有机物,而是利用无机物(CO₂,H₂O,无机盐)结合光能(或化学能)来合成有机物。

但当谈到植物“利用”有机物时,我们必须区分两种情况:

情况一:作为自身在特定阶段的能量和物质来源(自我供给):

种子萌发和幼苗生长初期: 消耗种子内储存的淀粉、脂肪、蛋白质。这是植物自身的储备粮。
休眠期(如冬季): 依靠储存的淀粉、脂肪等来维持基础代谢。
特定器官的生长: 如根系在土壤中生长的早期,可能利用储存在茎或叶片中的糖类。

情况二:在非典型生产者模式下的利用(或作为营养补充):

寄生植物: 直接吸收宿主植物的糖类、氨基酸、矿物质等有机物。
捕虫植物: 吸收捕获的昆虫体内分解后的蛋白质、脂肪等有机物,主要为了补充氮、磷等元素,而不是主要的能量来源(能量主要还是来自光合作用)。
微生物共生: 在某些共生关系中,植物可能会利用一些微生物代谢产生的有机酸等物质,但比例极小,且通常是植物提供有机物给微生物。

重点强调:

我们通常所说的“生产者”,主要是指绿色植物通过光合作用,将二氧化碳转化为葡萄糖等有机物的过程。它们是生态系统的“源头活水”,不依赖于消耗其他生物的有机物来维系生命。它们“利用”的“有机物”,更多的是指自身在发育早期或休眠时消耗的储存物质,或者是在特殊的生存策略下(如寄生)对外界有机物的直接获取。但后者已偏离了“生产者”的典型定义。

所以,当我们谈论植物时,它们最主要的“食物”不是别人给的有机物,而是自己通过阳光、空气和水制造的。而那些储存的有机物,可以说是它们为自己准备的“加工原料”或“应急粮”。

网友意见

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不同物种在这方面的能力不一样。有些生产者兼具分解有机碎屑的能力,可以采取混合营养甚至异养来度过光照缺乏的时期。许多常见植物可以吸收根和叶片接触的的有机氮,包括氨基酸。水溶性有机氮的有效生物利用度低于 20%(Jones 与 Kielland,2002 年;Neff 等,2003 年)。菌根真菌可以提高植物根系对有机氮的吸收能力。基因工程可以进一步增强植物利用土壤中的氨基酸的能力。

可以参照:

doi.org/10.1111/j.1469-

紫萍等植物的一些个体可以分解水中的有机碎屑来加速自己的生长,在没有光照时纯异养也能生存[1]。槲寄生·菟丝子等寄生植物、分解真菌获取营养的天麻·水晶兰等菌异养植物能利用的有机物就更多了,蛋白质、脂质、糖类均可利用,纤维素、木质素都给你安排了,并不限制在其他回答列出的特定分子之内。

食虫植物从昆虫体内取得的主要是能量以外的营养。腐生植物通常是在分解腐生真菌而不是直接分解尸体。

参考

  1. ^ https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.124029

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