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植物釋放氣味方式 挑戰教科書理論 (圖)

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編譯/張秉開

據《每日科學》(Science Daily)8月4日報導,美國印第安納州普渡大學(Purdue University)的生物學家發現,植物會積極主動的產生、儲存和釋放與氣味有關的揮發性化合物(簡稱“揮發物”),而不是以前所認為的簡單物理性擴散。物理性擴散是指這些揮發物自然地由高濃度向低濃度的方向運動。

主持該項研究的生物化學及園林建築學教授納塔利婭•杜達麗娃(Natalia Dudareva)使用對比方法,發現植物實際的揮發物釋放速率和根據以前理論建立的數學模型計算結果有明顯不同。因此,杜達麗娃教授斷定,植物通過非常復雜的生物學機制調節揮發物的釋放,而不是以往認為的簡單物理擴散過程。

杜達麗娃教授說:“如果是簡單擴散,幾乎不可能有這樣的實際觀察結果。植物顯然需要一些中間介導的分子,幫助那些揮發物向體外排出。這是一種全新的思考方式來認識植物。”

植物釋放花香機制不簡單

目前的教科書中,對植物釋放揮發物的概念僅是簡單的擴散。按照菲克第一定律(Fick's First Law)即濃度梯度原理,植物體內的揮發物濃度高,所以向外界運動。如同打開大蒜的罐子蓋,蒜味從罐中慢慢的向外蔓延,最後到整個房間。

參與該研究的另一位科學家,化學工程教授約翰•摩根(John Morgan),解釋說,植物釋放揮發物的機制並非如此簡單,其過程超出已知的物理學機制。摩根教授說:“植物不打嗝。我們不是說不會發生擴散,而是說簡單擴散不足以描述試驗中觀察到的揮發物實際排放率。”

比如,揮發物雖然是小分子,但是在植物體內,必須穿過層層障礙,如水性細胞壁和蠟質角質層等等,才能從植物體內的一個部位運輸到另一個部位,而這些障礙都會強烈的阻止很多疏水性揮發物。因此,簡單擴散模型解釋不了很多現象。

另外,參與該研究的研究人員約書亞•維達姆(Joshua Widhalm)分析指出,揮發物在植物體內的運動需要中介物質,才能最後通過細胞壁排到體外的大氣中,而後被我們聞到。他說:“這將改寫教科書中對這種類型的物質運動的理論。”

植物能像人那樣表達“心理壓力”

隨著對植物的深入研究,人們認識到植物能像人那樣發生神經反應。

《自然通訊》雜志於7月29日的一篇報導說,植物雖然沒有神經系統,但也能像人和動物一樣,用神經遞質GABA(γ氨基丁酸ス表達對外界刺激的“心理壓力”反應。

而且植物對外界的感覺非常靈敏。一個小小的昆蟲爬上葉子,植物就感知到,其體內GABA的濃度迅速增高。

一個小小的昆蟲爬上植物,植物就感知到,其體內GABA的濃度迅速增高。


首次發現這種現象的澳大利亞阿德萊德大學的馬修•吉萊姆(Matthew Gilliham)對此十分震驚:“植物也使用GABA來調節及控制與生長有關的電信號。這是過去我們不知道的,動植物之間竟然有這麼相似的現象。”

吉萊姆等人觀察小麥、大米等農作物,發現熱、酸或水災等刺激讓植物體內的GABA濃度出現明顯變化,像動物一樣,植物也有類似的神經信號傳遞系統。他補充說:“這種相似性意味著會有更多新發現。”