新知丨生物有故事 之 植物用心看世界
2016/10/25 中科院之声
相对于活泼好动、阅历无限的动物而言，植物则显得有些呆板—它们终其一生，从摇篮到坟墓，任凭风吹雨打，始终忠贞不二地坚守在上帝分配给自己的那一小片土地上。植物的一生，会遇到各式各样、眼花缭乱的挑战，其中包括生物逆境和非生物胁迫。面对那些可能连人类都“心惊胆战”的胁迫环境，植物没有因袭“敌进我退”的策略，而是淋漓尽致地诠释了“敌军围困万千重，我自岿然不动”的气概。当然，如果你以为它们仅仅是简单的“忍受”这些逆境、“以不变应万变”的话，那你就错了!植物的聪明程度，尤其是对各种逆境的感知、抵抗和适应能力，绝非动物所能比拟。因为它们有属于自己的一套独特的语言体系，它们，是真正的在用“心”“看”世界。
现代植物学研究揭示，植物也有嗅觉、听觉，甚至还拥有不同类型的记忆，当它们陷于困境时会果断地作出防御，还能提醒周围的植物。植物科学家普遍认为，植物作为复杂的生物体，它们也过着丰富而感性的生活。
植物“思维活跃”
已故植物遗传学家、诺贝尔奖得主芭芭拉·麦克林托克称植物细胞“具有思想性”，而达尔文也曾经将植物的根尖比作“大脑”。看来，植物是否具有“意识”这个问题早就被科学家们提出来了，但植物真的存在“意识”吗？该怎样科学合理地解释呢？
严格来说，植物与动物还是有很大不同的，动物主要是通过神经细胞传递意识，植物体内没有神经组织，所以不会像动物那样拥有意识。但是，需要注意的是，虽然没有意识，但是植物拥有所有生命体共同的生命特征，那就是趋利避害的特性。这种特性可以让植物对外界环境的改变做出反应。但这种反应通常是隐性的，不容易观察到而已。提到“意识行为”，我们不免想到含羞草。它在受到外界刺激的时候会把叶片瞬间收拢，这种看似带有“意识性”的举动该如何解释呢？
科学家研究发现，这是由于植物细胞中钾跟氯离子的平衡受刺激后被打破，导致叶片中的水分通过茎流入植物根部，叶子细胞组织的张力下降至叶下垂所致。植物这些能瞬间完成的反应，和动物神经系统的反射完全不同，你可以把植物这种瞬间做出的动作理解为植物进化出来的一种“机械式”的机关。好比老鼠夹子，你一动它就夹上了。这就是信号传导的过程。信号传导有两种，其中一种是受到外界环境刺激，细胞的活动快速反应造成植物体内发生生理变化；还有一种是通过基因的表达和蛋白的产生而做出变化，这种反应需时较长。
植物“性情迥异”
之前有科学家做过实验：从同一个母体植物上切下来的两个切片或从同一个母体植物上克隆的两株小植物，即使在相同条件下对它们进行培育，它们也会表现各异。
对于这种生长差异，必须要提到表观遗传学。其中关键的一项，便是植物的生长可以随着环境的变化来进行自我调控。比如我们将同一种植物一南一北地种植，那么植物生长的大小便会存在差异。外界环境会调控植物基因表达，从而植物所产生的蛋白不同、代谢不同，最后造成外观上的差异。简单来说，植物就像一张白纸，不同的环境可能造就不同的表型。
植物的生长差异是因为植物的变化受到温度、光照时间以及生长地土壤性质的影响。光是植物生长发育所必需的条件之一，是作物产量的重要决定因子。植物几乎能够感受各种层次的光，包括光照方向、光照持续时间、光量度以及光的波长；而且植物的生长和繁殖要在一定的温度范围内进行。在此温度范围的两端是最低和最高温度。低于最低温度或高于最高温度都会引起植物体死亡，不同的温度环境也会导致植物形态上的差异；此外，土壤性质的一些差异也会引起植物的生长发育的变化。
植物“记忆丰富”
美国测谎专家巴克斯特曾做过一个实验，在植物叶子上接上了一个测谎器的电极。为了证明植物具有记忆力，巴克斯特将两棵植物并排放入一间屋内。然后让六个人穿着一样的服装。戴着面罩，从植物前面走过。其中一个人将植物毁坏。之后，再让他们从植物前面走过，当那个毁坏植物的人经过时，记录纸上出现了强烈反应的记录。
植物何以有如此灵敏的神经系统和复杂的反应行为？难道它真有一个“记忆库”吗？现在，植物科学家们已经知道，那是一种名叫茉莉酮酸的化学物质在起作用。植物激素把植物体内的亚麻酸转化成为茉莉酮酸，这是一种类似动物体内的前列腺素的化学物质。其实，当植物感受到外界胁迫刺激时，会产生一种或多种激素，因而激起植物的一些化学变化，然后植物就会产生一些芳香味的化合物，而这些化合物就会挥发在空气当中，作为一种植物间互相联络的信号。
植物“社交广泛”
美国华盛顿大学的生态学家发现，在一片柳树林中，一旦某一棵树遭受虫害，其新叶中的石炭碱的分泌量就会大量增加，这会让害虫吃了以后非常“不舒服”——尽量远离这些高含量石炭碱的新叶，这就减少了虫害，保护了这棵柳树。更为神奇的是，在这棵遭受虫害的柳树周围约70米范围的其他柳树叶片中的石炭碱含量，均有不同程度的增加，尽管此时它们并没有受到害虫的侵袭。这说明，植物之间确实存在广泛的交流。这些另类的交流方式，归根到底还是因为刺激导致植物激素或其它次生产物的产生、释放和邻里植物的接收及响应。
植物的交流，主要还是依靠于激素或其它次生产物的分泌，植物激素会散发在空中，使旁边的植物感应到这些植物激素。同一个植物受到一次干旱以后，它就会产生一种适应于干旱的植物激素，做好下一次干旱来临时的对应措施。简单说就是植物基因的相关表达加快或降低，因此有了适应性。与相邻的植物的交流传导，主要是因为它在面对干旱的时候会相应的分泌一些植物激素。比如我们现在喷施促进果实成熟的乙烯，也是根据“外界的刺激会让植物蛋白发生变化这一原理”来进行的。
来源：中国科学院遗传与发育生物学研究所
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