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植物:我不内卷 但我的须卷(3)
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摘要:事实上,攀援植物具有形态可塑性和向触性运动的行为生态学特征,也就是说,攀援植物为了获得更多的光照可以主动改变形态,随卷须的方向生长、攀附
事实上,攀援植物具有形态可塑性和向触性运动的行为生态学特征,也就是说,攀援植物为了获得更多的光照可以主动改变形态,随卷须的方向生长、攀附于其他物体上。
形态可塑性有利于增强攀援植物的攀附能力,而向触性运动则确保了攀援植物能够顺利找到合适的支持物。那么,向触性的秘密又是什么呢?
在20世纪90年代,中国农业大学娄成后教授等人以丝瓜为研究对象,对植物的攀援行为进行了研究。他们认为丝瓜卷须的向触性运动具有方向性,而方向性的产生是由电信号传递和原生质收缩实现的。乙酰胆碱(ACh)在这个过程中充当着“信使”作用。
ACh作为一种神经递质广泛分布于动物神经-肌肉接头上,起着传递神经信号,诱发肌肉动作电位的作用。在植物中,ACh也扮演着相似的作用。
ACh和胆碱能系统的其它成员在植物界广泛分布,存在于植物的各个器官中,尤其是顶芽、幼叶、根尖等幼嫩器官中,含量最高。它们在植物的多种行为(生长、发育、运动、代谢等)上发挥着调节作用。
娄成后等人的早期研究还发现,在植物细胞内存在类似于动物肌动蛋白和肌球蛋白的肌动球蛋白(微丝)、微管蛋白、力蛋白、动蛋白等结构。以上使得植物组织具有了执行电信号传递与原生质收缩的基本结构。
图片来源:参考文献5
攀援植物尖端敏感的卷须或顶芽在寻找阳光的过程中自发的回旋转头,当它接触到附近的支柱,ACh便与受体结合,产生电生理信号,电信号向植物下段腹部组织传递,使得肌动球蛋白(微丝)、微管蛋白等原生质收缩,促使卷须朝向支柱弯曲,这样攀援植物就顺利找到了攀附对象。
卷须受到各界的关注和欢迎!
大家已经知道卷须的勃勃生机成就了卷草纹图案的活力之美,为装饰艺术做出了巨大的贡献。此外,作者还发现,卷须也是摄影界的宠儿,摄影大师们对卷须真是百般喜爱,卷须自然流畅的线条以及伸缩的张力与活力特别能引发人对生命的思考。
照片《植物环》拍摄的是西番莲卷须,镜头下优美的几何形状,使这张单色照片在众多参赛作品中脱颖而出。该作品在英国的年度国际花园摄影师2020年微观艺术摄影大赛中获得第一名。
植物环 (图片来源:Bruno Militelli)
在中国第一位获得四大国际专业类自然摄影赛事“大满贯”的微距摄影师——袁明辉的作品中,也有很多卷须类题材,其中《自然的和声》被英国自然博物馆永久收藏。
《自然的的和声》雨后的葡萄藤 (图片来源:袁明辉)
除了美学领域,卷须还在材料科学上得到了应用。2019年,《Science》发表了一篇文章:黄瓜卷须启发的可编程人工肌肉。MIT的研究人员由黄瓜卷须启发,找到了模拟这种卷绕和拉伸的方法来产生可伸缩纤维,当拉伸到其原始长度的几倍时,自然形成一个紧密的线圈。
可伸缩人造纤维 (图片来源:参考文献8)
这种人造肌肉纤维可以用作机器人手臂、腿或夹持器中的致动器,也可以用作假肢的部件。这种纤维还可以应用于小型生物医学设备,比如进入动脉后再被激活的医疗机器人。
这种材料的出现为科学技术提供了一个可以探索的更广阔的领域,在此,黄瓜的卷须可谓功不可没!
人造手臂 (图片来源:参考文献8)
参考文献:
1.曾康、汪淑雯等. 2020. 葫芦科园艺作物卷须发生的研究进展. 浙江农林大学学报:37(6):1216-1223
2.张彦平、慕茜等. 2013. 葡萄卷须及其相关研究. 植物生理学报:49(3):234-240
3.外源乙酰胆碱在丝瓜卷须弯曲中起“神经递质”的作用[J]. 花宝光,厉秀茹,杨文定. 植物生理学报.1995(04)
4.高等植物中电化学波的信使传递[J]. 娄成后. 生物物理学报.1996(04)
5.李睿,金平斌,钟章成. 攀援植物的行为及其生态适应方式和原则[J]. 浙江大学学报(理学版),2001,(06):698-703.
6.娄成后,冷强.乙酰胆碱在调节植物行为中的作用[J]. 生命科学,1996,(02):4-7.
7.娄成后、张蜀秋. 1997. 植物生长发育中的感性应(三)——电化学波的信使传递与微丝微管的生理活动. 生物学通报:32(8):2-5
文章来源:《植物研究》 网址: http://www.zwyjzz.cn/zonghexinwen/2021/0908/1811.html