植物有 殖民了绝大多数 地球表面。那么他们成功的关键是什么?
人们通常认为植物是简单、无意义的生命形式。它们可能扎根于一个地方,但科学家对植物了解得越多, 越复杂、反应越灵敏 我们意识到他们是。他们非常善于因地制宜。植物是专家,充分利用它们发芽地附近的资源。
了解植物生命的复杂性不仅仅是激发人们的好奇心。研究植物还在于确保 我们仍然可以种植庄稼 未来,随着气候变化使我们的天气变得越来越极端。
环境信号塑造植物的生长和发育。例如,许多植物使用 以白天长度为线索 以触发开花。植物隐藏的一半,即根部,也利用周围环境的信号来确保其形状得到优化,以获取水分和养分。
根通过调整其形状(分枝以增加其根部)来保护植物免受干旱等压力 表面积,例如)寻找更多的水。但直到最近,我们还不明白根系如何感知周围土壤中是否有水。
水是地球上最重要的分子。太多或太少都会破坏生态系统。气候变化的破坏性影响(正如最近在欧洲和东非所看到的那样)正在使 洪水和干旱都比较常见。 自 气候变化 is 制作降雨模式 越来越不稳定,学习植物如何反应 缺水 对于提高作物的抗逆能力至关重要。
我们的植物和土壤科学家和数学家团队 最近发现 形成一种 植物根 调整它们的形状以最大限度地吸收水分。根通常水平分枝。但是,当它们失去与水的接触时(例如通过土壤中充满空气的间隙生长),它们会停止分枝,并且根只有在与潮湿的土壤重新连接后才会恢复分枝。
我们的团队发现植物使用一个称为 水文信号传输 管理根部分支的响应 水供应 在土壤中。
水信号传递是植物感知水所在位置的方式,不是通过直接测量湿度水平,而是通过感知植物内随水移动的其他可溶性分子。这是可能的,因为(与 动物细胞)植物细胞彼此相连 通过小毛孔.
这些孔隙使水和可溶性小分子(包括激素)能够在细胞之间一起移动。 根 细胞和组织。当水被植物根部吸收时,它会穿过最外层的表皮细胞。
外根细胞还含有 促进分支的激素称为生长素。吸水通过向内根组织动员生长素来触发分枝。当外部不再有水时,例如当根通过充满空气的间隙生长时,根尖仍然需要水才能生长。
因此,当根部无法从土壤中吸收水分时,它们就必须依靠根部深处自己的静脉中的水分。这改变了水运动的方向,使其向外移动,从而扰乱了分支激素生长素的流动。
该工厂还生产 抗分支激素 ABA 在其根脉中。 ABA 也随着水流移动,与生长素的方向相反。因此,当根部从植物的静脉中吸取水分时,根部也会将抗分枝激素吸向自身。
ABA 通过关闭所有连接根细胞的小孔来阻止根分枝——有点像船上的防爆门。这将根细胞彼此隔离,并阻止生长素随水自由移动,从而阻止根分枝。这个简单的系统允许植物根部根据当地的水条件微调其形状。它是 称为干分支 (发音为零分支)。
我们的研究还发现,植物的根部使用与芽相似的系统来减少水分流失。 叶子阻止水分流失 在干旱条件下,通过关闭其表面称为气孔的微孔。气孔关闭也是由 ABA 激素触发的。同样,在根中 ABA 减少 失水 通过关闭称为胞间连丝的纳米孔,将每个根细胞连接在一起。
番茄、拟南芥、玉米、小麦和大麦的根都会以这种方式对水分做出反应,尽管它们在不同的土壤和气候中进化。例如, 西红柿起源于南美沙漠,而 拟南芥 来自中亚温带地区。这表明异分枝是开花植物的一个常见特征,开花植物比蕨类植物等非开花植物年轻 200 亿年以上。
蕨类植物是一种早期进化的陆地植物,其根不会以这种方式对水做出反应。它们的根生长得更加均匀。这表明开花物种更能适应 水 比早期的陆地植物(如蕨类植物)承受更大的压力。
与非开花植物相比,开花植物可以在更广泛的生态系统和环境中定居。鉴于全球降雨模式的快速变化, 工厂 感知和适应各种土壤湿度条件现在比以往任何时候都更加重要。