植物受傷時(shí) 竟然也會(huì)慘叫!嗓門比人還高
我們整理文件,植物手上被A4紙劃了一個(gè)口子;不慎摔一跤,受傷時(shí)竟膝蓋被地面磕出傷口……沒關(guān)系,然也人還只要消消毒,叫嗓沒幾天就結(jié)痂、門比愈合了。植物
而很多動(dòng)物受點(diǎn)小傷,受傷時(shí)竟會(huì)舔舔傷口,然也人還曬曬太陽,叫嗓過不了幾天又生龍活虎。門比
動(dòng)物可以如此,植物那大家有沒有想過,受傷時(shí)竟植物受傷又該怎么辦呢?然也人還
面對(duì)傷害,植物先天有劣勢(shì)
畢竟大多數(shù)植物扎根在土壤中固定生長(zhǎng),叫嗓無法像動(dòng)物那樣主動(dòng)逃避危險(xiǎn),門比只能通過生長(zhǎng)位置和形態(tài)特征被動(dòng)應(yīng)對(duì)外界的威脅,與靈活性強(qiáng)的動(dòng)物相比,植物只能“被動(dòng)應(yīng)對(duì)”。
比如面對(duì)日趨嚴(yán)重的狂風(fēng)暴雨等極端氣候、各種新型病害侵襲、噬咬類草食性昆蟲和動(dòng)物等機(jī)械損傷,這些都可以給植物造成嚴(yán)重傷害。
當(dāng)植物受傷時(shí),裸露的傷口會(huì)成為外界病原菌和害蟲入侵的門戶,同時(shí)造成水分和養(yǎng)分的流失,導(dǎo)致植株長(zhǎng)勢(shì)衰弱,生長(zhǎng)和發(fā)育也因此受到影響,嚴(yán)重時(shí)甚至可能死亡。
因此,植物把傷口晾著不管,絕不是什么好主意。
但是,絕大多數(shù)植物自己又不能動(dòng),更沒法像人和動(dòng)物那樣對(duì)傷口做哪怕最簡(jiǎn)單的處理,于是,迫于環(huán)境的壓力,植物演化出了一套獨(dú)特且高效的傷口修復(fù)機(jī)制。
盡管它們無法移動(dòng),但依靠自身的結(jié)構(gòu)和生化反應(yīng),植物也能迅速修復(fù)傷口,阻止外界威脅入侵。
那么植物是怎么“知道”自己受傷,又該如何療傷呢?接下來咱們就聊聊。
植物受傷會(huì)痛嗎?
說到受傷,我們的第一反應(yīng)是“痛”,很多動(dòng)物也是如此,但植物作為一種擁有纖維素細(xì)胞壁的多細(xì)胞真核生物,它與動(dòng)物在基本構(gòu)造上具有天壤之別。
植物并不像動(dòng)物那般擁有專門的神經(jīng)系統(tǒng),遇到傷害時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)明顯的應(yīng)激反應(yīng),比如尖叫、躲閃和攻擊等行為。
因此,許多人可能會(huì)覺得既然植物沒有神經(jīng)系統(tǒng),想必受傷也毫無知覺,其實(shí)這種說法是不全面的。
植物雖然不會(huì)像人或很多動(dòng)物那樣“疼痛”,但它們?nèi)匀荒?ldquo;知道”自己哪兒受了傷,并采取應(yīng)對(duì)措施。
原來,植物可以通過一系列復(fù)雜的生物化學(xué)機(jī)制感知外界的刺激。
當(dāng)受到傷害時(shí),植物會(huì)采取巧妙的應(yīng)對(duì)措施,如通過電信號(hào)、化學(xué)信號(hào)以及激素的調(diào)控,在分子層面上迅速做出反應(yīng),啟動(dòng)自身的防御和修復(fù)機(jī)制。
比如很多植物葉片被人為采摘或者動(dòng)物啃食而受傷時(shí),受損部分會(huì)釋放谷氨酸,這種物質(zhì)會(huì)讓植物受傷處產(chǎn)生鈣信號(hào),并在短時(shí)間內(nèi)傳遞到植株全身。
隨后植株便在體內(nèi)開啟防御機(jī)制,提醒植株的其他部位有危險(xiǎn)降臨,要做出防衛(wèi)。
它們的防衛(wèi)手段通常會(huì)有釋放防御激素,如會(huì)釋放一些吸引寄生蜂的臭味激素,這些寄生蜂會(huì)吃掉攻擊植物的昆蟲,或者觸發(fā)釋放味道難聞的化學(xué)物質(zhì),使得昆蟲對(duì)它們失去胃口,以此來保護(hù)自己。
擬南芥對(duì)傷害的反應(yīng),白色箭頭處為受傷處,閃光則表示鈣信號(hào)的傳遞 圖片來自參考文獻(xiàn)
此外,植物受到傷害時(shí),也能發(fā)出人類聽不到的聲音。
有科學(xué)家做過大量實(shí)驗(yàn),把番茄擠榨和煙草莖切斷后,這些植物其實(shí)能夠發(fā)出的超聲波。
據(jù)統(tǒng)計(jì),當(dāng)番茄被擠榨的時(shí)候,在1小時(shí)內(nèi)發(fā)出了 25 種超聲波,煙草莖被切斷后則發(fā)出了 15 種超聲波,而沒有被切割和擠榨的植物,只是偶爾發(fā)出聲音,平均每小時(shí)測(cè)不到一次。
可見植物對(duì)傷害還是有反應(yīng)的,只是我們平時(shí)很難感知到。
所以說,植物沒有神經(jīng)系統(tǒng),它們恐怕不能像我們一樣感覺到“疼痛”,但它們也擁有復(fù)雜而獨(dú)特的感知與反應(yīng)機(jī)制,會(huì)以我們尚未完全理解的方式感知到自己受的傷害并做出反應(yīng)。
植物傷口如何愈合?
那么問題來了,就算植物能“感覺”到哪里受傷,它們也不能像動(dòng)物一樣迅速采取舔舐、自我包扎和利用周圍環(huán)境等行動(dòng)來修復(fù)傷口,那植物該怎么“療傷”呢?
事實(shí)上,植物雖然沒有像動(dòng)物那樣有專門的愈傷組織進(jìn)行愈合,但它們卻演化出了一套高效的修復(fù)機(jī)制,通過細(xì)胞再生、傷口封閉和分泌物質(zhì)等方式快速應(yīng)對(duì)損傷。
正是這些獨(dú)特的生物學(xué)機(jī)制,使得植物能夠在受傷后迅速愈合,從而在環(huán)境壓力和外界威脅下繼續(xù)生存下去。
一旦受傷,植物的傷口處會(huì)立即分泌出樹脂、乳汁或其他化學(xué)分泌物,這些分泌物不僅能夠封閉傷口,防止水分流失,還能起到屏障作用,阻止病原體的進(jìn)一步侵入。
比如松樹受到傷害后,傷口處就會(huì)分泌出松脂,保護(hù)傷口。與此同時(shí),受傷后的植物傷口處會(huì)快速激活茉莉酸信號(hào),茉莉酸信號(hào)可在傷口處誘導(dǎo)木質(zhì)素慢慢累積,加固受傷組織的細(xì)胞壁,同時(shí)封堵傷口,形成“結(jié)痂”。
而傷口在“結(jié)痂”過程中,由于時(shí)間較長(zhǎng),快速激活的茉莉酸信號(hào)不能持續(xù)響應(yīng),此時(shí)植物還會(huì)產(chǎn)生脫落酸信號(hào),以此接替茉莉酸信號(hào),激活一種名為 RAP2.6 的關(guān)鍵蛋白,從而接力完成傷口處木質(zhì)素持續(xù)合成和累積,確保植物傷口持續(xù)修復(fù),直至“結(jié)痂”痊愈,繼續(xù)生長(zhǎng)。
植物正是依靠著這些獨(dú)特的生理機(jī)制,在生長(zhǎng)過程中遇到的各類傷害,也能夠迅速修復(fù)傷口,減少生理和病蟲危害,從而確保其正常地生長(zhǎng)和繁殖,這種高效的自愈能力不得不讓我們贊嘆生物適應(yīng)環(huán)境的奇妙之道。
植物“療傷”對(duì)人類有什么意義?
看到這里,我們已經(jīng)知道了植物不僅可以感知到受傷,也還可以運(yùn)用自身強(qiáng)大的療傷能力維持自己的生命。此時(shí),也許會(huì)有人問:科學(xué)家在究植物傷口的愈合,對(duì)人類來說有什么意義呢?
其實(shí),植物受到傷害后,除了可以進(jìn)行自我修復(fù)外,有的還能自我替換(再生出各種器官),這就是植物再生。
人們很早就發(fā)現(xiàn)了植物再生現(xiàn)象,并將其運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中,如組織培養(yǎng)、扦插和嫁接等,以此來快速繁殖和延續(xù)親本的優(yōu)良性狀。
如今科學(xué)家研究植物受傷的分子機(jī)制,將有助人類進(jìn)一步了解植物再生,從而進(jìn)一步改良再生方法,提升農(nóng)業(yè)技術(shù),從而加速植物繁殖和提升植物優(yōu)良品質(zhì)。
除此之外,園藝修剪是園林苗木修整維護(hù)重要的一環(huán),經(jīng)過正確修剪的苗木將變得更加健康和美觀。然而,在修剪過程中自然不可避免地會(huì)對(duì)植物造成傷害。
園藝工人在園藝修剪中,如果能科學(xué)合理地利用植物的傷口愈合機(jī)制,選擇最佳的修剪時(shí)間、工具和方式,將可以有效降低修剪帶來的病害感染風(fēng)險(xiǎn),幫助植物快速恢復(fù)生長(zhǎng),提升觀賞植物的美觀性和經(jīng)濟(jì)作物的產(chǎn)量。
因此,植物傷口的愈合不僅僅只是有利于植物本身,人類也能從中受益,研究植物的愈合機(jī)制,不僅能幫助我們更好地理解植物的生存策略,也為農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域帶來廣泛的應(yīng)用價(jià)值,造福于人類。
參考文獻(xiàn)
[1]Masatsugu Toyota et al. ,Glutamate triggers long-distance, calcium-based plant defense signaling.Science361,1112-1115(2018).DOI:10.1126/science.aat7744
(責(zé)任編輯:熱點(diǎn))
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