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1700232946 植物之间还能通过气味传播预警信息,提醒同类有病虫害入侵,要做好防御准备。叶子被昆虫啃食时,植物会释放出茉莉酸甲酯;待周围植物感知到空气中的茉莉酸甲酯后,便会在体内合成酚类和单宁类物质,使自己变得口感极差,让昆虫无从下口。如果侵略者换成细菌,植物则会释放出水杨酸甲酯,提醒周围植物增强自身的免疫功能。
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1700232948 植物不但可以针对不同险境发出不同信号,还会利用化学武器“借刀杀人”。被甲虫咬过的棉豆(Phaseolus lunatus Linn.)叶子会释放出一种化学物质,接收到化学信号后,同株棉豆的花朵会分泌花蜜,引甲虫的天敌前来,一举扫除害虫。
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1700232952 动物遇到疑似食物的东西时,都喜欢尝上一尝,味觉会告诉它们这东西能不能吃,好不好吃。同样,植物的根也有“味觉”,会主动识别、寻找水源和肥料,这叫作植物根的向水性和向肥性。
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1700232954 根系向肥性的本质其实是向化性。换言之,植物会主动往所需的化学物质方向生长。如果在一块琼脂中间包埋一小块肥料,在琼脂上放几颗发芽的种子,几天后种子的根都会伸向肥料的方位,以吸收更多的养分——见了美食趋之如鹜,这点倒和动物很相似了。在农业上,为了让植物扎根更深,一般要对作物采取深层施肥,好让植物的根冲着土壤深处的肥料前进,达到“根深蒂固”的目的。
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1700232956 植物还能分辨养分的浓度。植物根系在接近深埋的肥料时,生长会减缓,而且根尖膨大,阻止根系向该方向继续延伸,根系才不至于被高浓度肥料“烧”坏。
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1700232960 捕蝇草(Dionaea muscipula)是为数不多的肉食植物之一,它不但能像动物一样捕食昆虫,还能对昆虫的碰触做出反应。捕蝇草上长着多个由两片叶片组成、形状像两片蚌壳的捕虫夹,可以自由开合,捕捉落在上面的昆虫。叶片边缘长着一圈刺毛,叶片闭合时,刺毛像栅栏一样围在外缘,让昆虫插翅难逃。
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1700232962 叶片内壁还长着几对感觉毛,可以非常聪明地判定进入物是否有捕捉价值。当感觉毛第一次被触动的时候,叶片并没有合拢,毕竟可能是雨水或者灰尘杂物,捕来何用?不过,如果在随后的15~20秒内出现了第二次触动,感觉毛就会发出电信号,促使捕蝇草向叶片输送水分,将叶片迅速闭合(最快闭合时间可达0.1秒),昆虫就此被降伏。如果昆虫在里面继续挣扎,叶片上的消化腺体便在第五次触动后释放消化液。捕到的昆虫越大,挣扎越强烈,叶片分泌的消化液越多,为的就是尽早结束这场搏斗。
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1700232967 捕蝇草
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1700232969 含羞草(Mimosa pudica Linn.)也对外界触碰有反应。它的叶子属于羽状复叶,叶柄两侧长着许多小叶片,像一片绿色的羽毛。当它的枝叶被碰触时,小叶片便会下垂、闭合,仿若怀春少女害羞一般,故名“含羞草”。
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1700232971 在含羞草每一片小叶片的基部,都有一个被称为“叶褥”的细胞团,控制叶片的开合。受到外界触碰时,含羞草体内会产生电信号刺激,叶褥细胞的钾离子通道就此开放,钾离子随之流出细胞,细胞渗透压减低,细胞内的水分也就渗透到了细胞外,造成细胞失水萎缩,叶片也因此失去了叶褥细胞的支撑,表现为下垂、闭合。
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1700232973 植物不但有触觉,还有方向感。即使把种子埋在黑不见光的土壤中,感受不到阳光指引方向,种子萌发时仍是芽叶朝上,根伸往土壤深处。假如把幼苗拔出来,在地上平放一段时间,幼苗的根会向下弯曲,扎进土壤中,而茎叶部分则朝上弯曲生长。植物的根往土壤深处生长,这种趋势叫向地性;植物茎叶背向地面往上生长,这种趋势叫负向地性。
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1700232975 植物为什么会有向地性和负向地性?主要的根源在于地球重力的影响。根冠是植物的重力感受器,指引根系的向地性生长;植物内皮层也能感应重力,指引茎部的负向地性生长。在根冠和内皮层细胞中,含有一种叫平衡石的致密球状结构。正因为平衡石密度较大,所以无论植物朝向哪个方位,它总会落在细胞最下端,而植物就是根据平衡石判断方向。这与人类依靠耳石来维持平衡是不是有些异曲同工之妙呢?
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1700232979 家里的观赏植物长势喜人,总会让人忍不住伸手爱抚一番,但如果“爱抚”过多,植物长势反而不见得好。因为触碰导致植物生长迟缓,这种现象就被称为接触形态建成(thigmomorphogenesis)。这是植物保护自己、适应环境的一种方式。
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1700232981 接触形态建成机制是植物TCH基因(“触摸”的英文单词touch的缩写)所构建的。碰触植物会激活TCH基因,使它合成更多钙调蛋白,导致植物生长变得迟缓。如果野外的植物常遭狂风暴雨,植物能从枝叶接触的风雨判断出自己处于恶劣环境,于是激活TCH基因,让自己长得矮小一些,免得过多的枝叶被“雨打风吹去”。一个典型的例子就是黄山上的“迎客松”,这些树的树枝都向一侧生长,而终年强劲的山风正是“罪魁祸首”。
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1700232986 黄山上的迎客松(摄影:尹烨)
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1700232988 农业中有个词叫“打顶”,也就是在植物还是幼苗的时候,就把植物的顶芽摘掉,这样顶芽两侧的侧芽会发育为枝条,使植物枝繁叶茂。但如果事先把幼苗一侧的叶子摘掉,过一段时间之后再去除顶芽,被摘除叶子那边的侧芽仍然不会发育,这也属于植物的“创伤记忆”——如果植物的一侧经常受到外界伤害,那一侧的枝叶也就心灰意冷,干脆停止生长了。
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1700232990 同理,捕蝇草也有记忆,其机理是基于电流的。我们换个角度解释一下刚才提到的捕虫过程:捕蝇草第一次被触碰时会引起一个动作电位,导致钙通道开启,钙离子浓度上升,但此时的钙离子浓度不足以让捕虫夹关闭;当第二次受到触碰时,钙离子浓度继续升高到一定程度,驱使水分进入捕虫夹的叶片,导致捕虫夹迅速闭合。但如果第一次碰触后没有后续的碰触,钙离子浓度会逐渐下降,如果间隔较久才触碰第二次,钙离子浓度也无法达到使捕虫夹闭合的标准。这与人类和动物的短时记忆生成有点相似。
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1700232992 有些花卉需要经历长时间的低温,才能形成花芽,这一过程叫春化。这也是植物的自我保护机制之一,为的是确认冬天已经过去,然后才放心开花结果。如果在冬天之前开花,果实便会在严冬中冻坏。冬小麦就是要经历低温才能开花结子,所以古代有句谚语:“冬天麦盖三层被,来年枕着馒头睡。”
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1700232994 研究发现,植物的春化和开花位点C基因(flowering locus C,简称FLC基因)有关,这是个显性基因。低温会抑制植物FLC基因的表达,阻碍植物开花。等气温回升后,FLC基因才会表达,植物才会正常开花。等植物花期过后,FLC基因重新被抑制,阻止植物在秋季开花,直到下一个冬天过后才能春化开花。这说明植物可能有“长期记忆”,可以记住自己开花的季节。
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