植物生物鐘的“智慧”

植物是如何知道自己該何時開花、落葉和結果的？其實，植物也像人一樣遵循著“日出而作，日落而息”的生物鐘。在生物鐘的調控下，植物會“睡覺”，醒來還能“伸懶腰”；植物知道自己的開花時間，還能控制香味和花蜜。

花開花落皆有時，四時盛景，年年歲歲，植物是如何知道自己該何時開花、落葉和結果的？答案就在于植物像人一樣也有生物鐘。

植物生物鐘有“智慧”

面對地球自轉與公轉導致的光、溫度、晝夜及季節(jié)變化，形成人類“日出而作，日落而息”的習慣。其實，植物也像人一樣遵循著“日出而作，日落而息”的生物鐘。

“生物鐘”又稱為“生物節(jié)律”，它是普遍存在于生物體內的自然規(guī)律。植物整個生命周期都受生物鐘調控。

植物生物鐘也是一種分子節(jié)拍器，它能調節(jié)多種生長過程，從黎明啟動光合作用到調節(jié)開花時間，生物鐘會因地理、緯度、氣候和季節(jié)而變化，且必須適應當?shù)貤l件。

會“睡覺”，醒來還能“伸懶腰”

1880年，達爾文父子基于對69種植物睡眠的研究，提出晝夜節(jié)律的可遺傳性。很多植物的葉片白天展平、夜晚豎起來，達爾文推斷，葉片的睡眠可能是為了抵御夜間寒冷。

2018年，科學家使用分辨精度達毫米級的地面激光掃描儀進行觀測，結果顯示，白樺樹的樹冠在晝夜之間會上下移動。也就是說，樹不但真的會“睡覺”，醒來后還會“伸懶腰”。分析認為，植物這種“睡眠”運動有利于應對夜間的低溫。

向日葵就是典型的生物鐘調控植物。如果捆住向日葵，不讓花盤轉動，其生長量就大幅下降。如果把向日葵移到裝有固定頂燈的室內，向日葵仍然會來回擺動。這說明，植物體內存在著獨立的、能自我調節(jié)的生物節(jié)律控制系統(tǒng)。

有的愛太陽，有的沒那么愛

光周期是自然界最穩(wěn)定的環(huán)境因子，地球上的生物可通過光周期感知季節(jié)變化，在最適宜的季節(jié)完成繁衍生息。

然而，研究者發(fā)現(xiàn)了一種具有普遍規(guī)律的有趣現(xiàn)象：三種長日照植物（百脈根、豌豆和擬南芥）在長日照下產(chǎn)生的種子比短日照下更大，而三種短日照植物（大豆、紅小豆和菜豆）則在短日照下會產(chǎn)生更大的種子。可見，不同植物有著不同的適合生長的光周期。那么，是什么機制在起作用，使有的植物愛太陽，有的卻沒那么愛呢？

研究者對長日照植物擬南芥研究發(fā)現(xiàn)，原來是CO基因的作用使植物對不同的光周期有著不同反應。而且，只有來自母本的CO基因才具有調控種子大小的功能，來自父本的基因對種子大小沒有影響。

有趣的“花鐘”：欲知何時，花開便知

自古道“花開花落皆有時”，瑞典植物學家林奈曾把不同時間開放的花組成“花鐘”，欲知何時，花開便知。

在我國，蛇麻花凌晨約3點首先開花，大約4點，牽牛花的大喇叭也跟著張開了。然后野薔薇花開（大約5點），龍葵花開放（大約6點）。接下來是美麗幽雅的郁金香（大約7點30分）和半枝蓮（約10點）、大爪草（約11點）盛開，午時花（約12點）迎著烈日怒放。正午過后，萬壽菊花開（約15點）、紫茉莉（約17點）添香，煙草花（約18點）綻開。夜晚降臨，月光花（約19點）吐蕊，待宵草（約20點）破蕾。

植物生物鐘除了可以控制開花時間，還可以控制香味、花蜜、樹根液汁的分泌、樹葉休眠等生物活性特征。

植物生物鐘是如何起到調控作用的？首先是對光和溫度信號的輸入；其次是中央震蕩器在起作用，你可以把它想象成一個重要港口，能調控下游很多行為，使它們呈現(xiàn)晝夜節(jié)律性。

“冬日記憶”告訴它，春天來了該開花了

學習和記憶在植物身上的表現(xiàn)是什么？一個處于爭論中心的例子是春化。某些特定植物在春天開花前，必須在寒冷中暴露一陣，這個過程就叫春化。這個所謂的“冬日記憶”會幫助植物分辨春季與秋季。

在實驗植物——擬南芥里，有一個叫“FLC”的基因，可以產(chǎn)出一種讓它的小白花不開放的化學物質。然而，當這種植物暴露在漫長的冬天里時，其他基因的某些副產(chǎn)品使其能夠測量出已經(jīng)冷了多久。隨著寒冷的持續(xù)，擬南芥會在越來越多的細胞中抑制FLC。當春天到來，白晝日益增長，經(jīng)歷過寒冷，F(xiàn)LC含量已經(jīng)大為降低的擬南芥就可以開花了。

不僅植物生長發(fā)育受生物鐘調控，而且生物鐘還是植物應對害蟲的防御武器。植物會“預測”害蟲活動時間，產(chǎn)生抵御性生物大分子來減少害蟲的“食欲”，從而最大限度減少傷害。

（春之暖薦自《齊魯晚報》于梅君/文）