植物的“眼睛”

张守忠

长期以来，植物学家们一直想解答这样一个问题：植物能不能“看见”周围的光线?科学家们发现，当某些植物的生长空间变得过于拥挤，开始相互遮挡时，新生嫩枝的生长就会受到限制，主干的生长则会加快，以便与邻居们争夺阳光。这些植物似乎能感觉到其他植物投来的阴影。然而它们究竟通过何种渠道感知到其他植物存在的呢?

近年来，越来越多的植物学家认识到，植物除了能利用阳光进行光能合成外，还有更多的功能。植物通过许多复杂手段获取并解读阳光携带的各种信息，这些信息反映了周围环境的变化情况。植物不仅能感觉到其他植物的存在，并以各种方式最大限度地提高生存几率，而且还能通过阳光确定春天是否已经来临，冬天是否已经结束。通过阳光，种子知道什么时候应该发芽，成年植物知道什么时候应该开花。

植物开花过程是一个非常有趣的事情，因为大多数植物能做到与季节变化保持高度一致。如果白天时间太长，某些种类的植物就不会开花；而某些植物只有在白天持续足够长的情况下才会开花。观察结果表明，植物能随着季节的变化估算出白天的变化长度。而要做到这一点，它们必须会区分白天和黑夜，测量时间长度，综合各种信息。植物真的具有这种能力吗?研究表明答案是肯定的。就像植物通过受光体测量光线一样，它们也能测量时间，准确地说是通过生物钟来测量。

早在很多年前，植物学家就已认识到，光在决定植物的生长速度和开花时间上起着至关重要的作用。但是，那时的科学家认为，光合作用是促使植物生长的关键因素。目前，许多科学家认为，这个结论有些过于简单化。实际上，植物不是通过聚集光的能量来促使其生长，而是通过搜集和加工光携带的信息来促使其生长。虽然植物没有感觉器官来感知光，但其体内的每个细胞内却生有受光体。受光体就像它的一对眼睛，能使植物感觉到光的存在、强度、持续时间、方向以及颜色的相对比率。

光携带了大量信息，而植物能够解读这些信息。植物是通过“研究”白色环境光(由各种颜色组成)开始解读光所携带的各种信息的。叶绿素有选择地从白光中吸收颜色或波长。绿叶能吸收大部分红光和蓝光，并通过叶片反射、传播一种被称做“远红光”的光线，这种光的波长恰好在可见光范围之外。

植物不仅能测量各种颜色的密度，而且还能测量某种颜色配对的比率。科学家们曾做过一项实验，最终得出一个结论：植物通过测量红色与远红色之间的比率能“看见”其他植物叶子的阴影。这一观点认为，植物所处的环境如果过于浓密，其他植物反射的远红色光就会增多，而吸收的红色光就会减少。因此，植物只要检测出红色和远红色光之间的比率，马上就会知道它是否被遮挡了。

随着植物视觉系统的发现，科学家们一直在努力寻找植物在分子层面的工作原理。地球上的大部分生物都适应了一天24小时的循环形式，植物当然也不例外。大部分生理过程都是按一天的生理节奏进行的。早在1930年，德国生理学家欧文·勃宁就提出一种假说，他认为，植物通过其体内的生理钟测量一天的长度。但是生理钟并不像机械钟那样准确，其循环周期只是大致接近24小时。因此，生理钟必须不断进行调整，以与太阳的循环周期保持同步。植物的感光受光体就起这种作用。

1998年，植物生物学家史蒂夫·凯和他的研究小组第一次鉴定了一种能让植物生理时钟保持同步的受光体。这些分子就是光敏色素和隐秘色素。不久前，一些科学家发现，植物即使缺乏光敏色素和隐秘色素，仍能测量时间。这说明其他受光体发挥了作用。

植物学家克林·皮特恩认为，生理时钟直接促使植物生成一种能对光的季节变化产生反应的分子。同时他又指出，无论是这种分子还是受光体都无法单独发挥作用，二者必须结合起来才能促使植物开花。

植物学家对近来取得的成功感到非常高兴，他们发现了植物通过一个复杂的信号网络使其生长与环境变化保持一致的秘密。

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责任编辑：蒲晖