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植物释放气味方式 挑战教科书理论 (图)

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编译/张秉开

据《每日科学》(Science Daily)8月4日报导,美国印第安纳州普渡大学(Purdue University)的生物学家发现,植物会积极主动的产生、储存和释放与气味有关的挥发性化合物(简称“挥发物”),而不是以前所认为的简单物理性扩散。物理性扩散是指这些挥发物自然地由高浓度向低浓度的方向运动。

主持该项研究的生物化学及园林建筑学教授纳塔利娅•杜达丽娃(Natalia Dudareva)使用对比方法,发现植物实际的挥发物释放速率和根据以前理论建立的数学模型计算结果有明显不同。因此,杜达丽娃教授断定,植物通过非常复杂的生物学机制调节挥发物的释放,而不是以往认为的简单物理扩散过程。

杜达丽娃教授说:“如果是简单扩散,几乎不可能有这样的实际观察结果。植物显然需要一些中间介导的分子,帮助那些挥发物向体外排出。这是一种全新的思考方式来认识植物。”

植物释放花香机制不简单

目前的教科书中,对植物释放挥发物的概念仅是简单的扩散。按照菲克第一定律(Fick's First Law)即浓度梯度原理,植物体内的挥发物浓度高,所以向外界运动。如同打开大蒜的罐子盖,蒜味从罐中慢慢的向外蔓延,最后到整个房间。

参与该研究的另一位科学家,化学工程教授约翰•摩根(John Morgan),解释说,植物释放挥发物的机制并非如此简单,其过程超出已知的物理学机制。摩根教授说:“植物不打嗝。我们不是说不会发生扩散,而是说简单扩散不足以描述试验中观察到的挥发物实际排放率。”

比如,挥发物虽然是小分子,但是在植物体内,必须穿过层层障碍,如水性细胞壁和蜡质角质层等等,才能从植物体内的一个部位运输到另一个部位,而这些障碍都会强烈的阻止很多疏水性挥发物。因此,简单扩散模型解释不了很多现象。

另外,参与该研究的研究人员约书亚•维达姆(Joshua Widhalm)分析指出,挥发物在植物体内的运动需要中介物质,才能最后通过细胞壁排到体外的大气中,而后被我们闻到。他说:“这将改写教科书中对这种类型的物质运动的理论。”

植物能像人那样表达“心理压力”

随着对植物的深入研究,人们认识到植物能像人那样发生神经反应。

《自然通讯》杂志于7月29日的一篇报导说,植物虽然没有神经系统,但也能像人和动物一样,用神经递质GABA(γ氨基丁酸ス表達对外界刺激的“心理压力”反应。

而且植物对外界的感觉非常灵敏。一个小小的昆虫爬上叶子,植物就感知到,其体内GABA的浓度迅速增高。

一个小小的昆虫爬上植物,植物就感知到,其体内GABA的浓度迅速增高。


首次发现这种现象的澳大利亚阿德莱德大学的马修•吉莱姆(Matthew Gilliham)对此十分震惊:“植物也使用GABA来调节及控制与生长有关的电信号。这是过去我们不知道的,动植物之间竟然有这么相似的现象。”

吉莱姆等人观察小麦、大米等农作物,发现热、酸或水灾等刺激让植物体内的GABA浓度出现明显变化,像动物一样,植物也有类似的神经信号传递系统。他补充说:“这种相似性意味着会有更多新发现。”