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植物生长方向之谜
中国园艺信息网  2018-01-10 15:32:12   来源:植物网   【

植物对周围环境的反应,最奇妙的莫过于它的生长方向,比如从一粒小小的植物种子萌发开始,它就知道根应该往地下生长,而茎干则伸向天空。这是一个极为普通的现象,然而植物为什么会这样呢?它是怎样懂得“上”和“下”的概念呢?又是由什么力量促使它选择根朝下、茎朝上的生长方向呢?怎样解释这种生理机制?

  科学家们首先想到的是重力,他们从物理学想到,地球的引力一定是影响植物生长方向的重要因素。当时,著名的英国生物学家、进化论的鼻祖达尔文曾观察到,植物的芽和根在改变生长方向时,各部分细胞的生长速度不同,但这又是由什么来决定的呢?达尔文无法做更进一步的解释。

  到1926年,美国植物生理学家弗里茨?温特,做了一个颇能说明问题的实验。他使植物的胚芽鞘一面受光照,另一面对着无光的黑暗处;结果胚芽鞘的生长发生了有趣的变化,渐渐地朝着有光的方向弯曲,后来温特从胚芽鞘中分离出一种化合物??植物生长素,它具有促使植物生长的功能。胚牙鞘受到遮荫部分生长加快,受光部分则由于缺少生长素而生长较慢,结果导致弯曲发生。于是温特认为,植物的茎或叶片的弯曲是由于生长素在组织内的不对称分布造成的。当植物受到策略刺激时,植物组织下部的生长素含量会大大增加,于是就使植物的根朝下生长,而茎则朝上生长了。

  自从温特发现植物生长素的秘密后,很多科学家投入到这一研究领域。他们发现,植物根总是朝着地心引力的方向生长,这同样是通过生长调节剂在根细胞里不同的分布来实现的,于是这些学者们提出,也许有一种被称为“平衡面”的策略感应物流向根细胞的底部,从而影响生长调节剂在细胞中的分布。水平放置的根,其上面比下面生长快,致使根向下生长,可是这种“平衡面”究竟属于何物?又是如何起作用的呢?学者们一时无法知晓。

  不久之前,美国俄亥俄州立大学的植物学家迈克尔?埃文斯以及他的同事,提出了一个崭新的理论。他们认为,无机钙对于植物的生长方向起着举足轻重的作用。因为他们在研究中发现,在植物的弯曲生长过程中,无论是根冠下侧部位还是芽的上侧部位,都存在着高含量的无机钙。那么无机钙又是如何使植物辨别方向的呢?埃文斯解释说,因为根冠有着极为丰富的含淀粉体的细胞,而淀粉体就会把其内部的钙送到根冠下侧。这时,如果用特殊的实验手段去阻止钙的移动,植物马上就会表现出不按正常的方式去生长。同样,植物的芽虽然没有冠部,但也含有丰富的淀粉体,淀粉体也能将其内部的无机钙送到上侧的细胞中,这显然说明,无机钙对植物生长方向有着不可忽视的重要作用。

  那么,既然淀粉体内有许多无机钙,而无机钙又能在植物体内来去自如,除了重力之外,又是哪一种力量使无机钙如此方便地上下移动呢?最近,美国德克萨斯州立大学的研究人员斯坦利?鲁在研究中发现,这是由于细胞的上端和下端之间的电荷不同,两端电荷的不一致引起细胞极化。结果,为数众多被极化的细胞排列在一起,总电荷就强得足够吸引任何相反电荷的钙原子,驱使它们在体内移动。于是斯坦利?鲁提出,由于细胞的极性带动钙的移动,从而导致植物茎干总是向上生长,而根则朝地下生长。

  由谁控制植物生长方向的研究课题已日趋深入,这种神奇的力量取决于什么,是植物生长素还是无机钙,是细胞的极性还是数者兼有之?目前依然有待于更进一步的探索。

作者:梦容    来源:植物网     编辑:xwbj3    讨论:[农业论坛]
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