植物也有方向感

把一枚种子埋入土壤后,只要给予适当的温度和水分,不出几天它就会冒出嫩芽。它在土壤中见不到光,怎么能知道哪里是上方、哪里是下方?

植物是具备辨别自己所处空间位置的能力哦!

人具有对空间位置的感知能力,称之为“本体觉”。本体觉是一种“若非失去、不能留意”的感觉,并没有明确具体的感知器官。动物用以分辨平衡、协调运动的信息是来自于内耳中的半规管和前庭,以及遍布全身的本体觉神经。那么植物的“本体觉”背后的机制是什么呢?

若是我们将一株幼苗上下倒置,隔一段时间就会发现,它的根和茎会重新定向,分别表现出正向地性(受到重力向下拉)和负向地性(对抗这一拉力的相反方向)。迪阿梅尔在其报告中明确指出了这一现象,科学家也因此得出结论:重力影响植物的生长方式。

但对于这一结论并没有严格的实验论证,直到19世纪,一位叫做奈特的英国乡绅通过精妙的实验证明了这一观点。奈特在一个水车的不同位置安置了几块木板,并将若干蚕豆幼苗紧紧地绑在木板上,使幼苗的根尖朝着不同的方向——有的朝水车转动的圆心,有的背对圆心,也有与圆心呈不同的角度。奈特用溪水驱动水车,使之以每分钟150转的速度飞快旋转,这样便抵消了重力对植物生长的影响。

如此转动几天之后,对植物进行了观察,奈特发现所有蚕豆幼苗都在朝着水车的圆心生长,即茎尖朝着圆心生长,根背离圆心生长。这个实验证明了植物生长不仅能受到地球重力的影响,还能受到其他力的影响,比如根总是向着离心力的方向生长。但是这个实验并不能解释植物感知重力的机制。

而最终揭开秘密的依然是达尔文父子,他们从植物向光性的“光感受器”存在于茎尖推论,推测植物的“重力感受器”存在于根尖上。于是他们把一些植株的根尖切掉一部分,侧放在土壤上,发现它们果然不再具有重新定向的能力。即使是只被切掉了0.5毫米的根尖,植物的根也依然对向地生长无能为力。不过只要数日之后根尖重新长出,它的向地性就会再次恢复。一个多世纪之后,现代分子遗传学的证据确认,根冠(根最末端)的细胞的确是植物的重力感受器。

既然根尖是植物根正向地性的关键,那么茎尖会不会是植物茎负向地性的感受部位呢?很遗憾,这次的类推结果是错误的,就算切掉植株的茎尖,倒置的植株依然能够使自己的茎重新定位向上生长。看来茎和根是用不同的方式来觉察重力。

植物学家们决定用诱导拟南芥基因突变的方法,来探究植物茎负向地性的奥秘。他们发现,当一种被称为“稻草人”的基因发生突变时,拟南芥的茎便不会向上生长,但根的正向地性不会受到影响。“稻草人”基因决定了内皮层的形成,内皮层的缺失导致植物的茎无法正确地感知重力。

研究者们用显微镜观察其内部结构发现,这些细胞中含有一种叫作平衡石的致密的球状结构。由于平衡石比细胞中的其他成分都要重,所以无论植物被怎样放置,平衡石总会落到最底部,从而引导植物的根和茎分别朝着不同的方向伸长。


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