植物也会冬眠!

人们常常忘记植物也是冬眠动物,但没有神经来感知,它们如何知道何时改变自己的行为呢?
2016年1月19日

采访

剑桥大学Philip Wigge博士

如果你刚刚从一个像灰熊一样漫长的冬眠中醒来,你会认为这是英国的春天:水仙花盛开,树上的嫩芽通常与深冬无关。像动物一样,植物也适应了地球的季节变化,但它们是如何做到的呢?康妮·奥巴赫前往剑桥植物园采访植物科学家菲利普·威格博士。

植物需要知道什么是季节,所以它们测量一天有多长,这通常会帮助它们现在是春天、秋天、夏天还是冬天。它们可以利用这些信息来规划自己的生命周期,并决定何时开花。它们还利用温度,这些不幸的水仙花一直依赖于温度信息。12月非常温暖,因此,这些水仙花可能以为是春天了,所以它们开始开花了,而现在这里非常寒冷,霜冻可能会杀死这些花。

康妮:人类在冬天可能是碳水化合物的负荷,有些动物会迁徙,有些动物会去地下或睡觉。植物在一年中对温度有什么反应?

弗朗西斯——植物不能移动,所以它们被困在一个地方,所以它们必须非常聪明地做出决定。原因是,当你是一棵正在生长的植物或正在开花的植物时,这些正在生长的结构对极端温度非常敏感,无论是热还是冷。所以,如果你是一株植物,你真的需要调整你的生命周期,这样你就能在一年中温度不太高也不太低的时候生长和开花。

康妮:我们通常不会想到植物可能会感觉或看到光或温度。我们不认为它们是感觉生物,那么它们究竟是如何做到的呢?

菲利普:是的,这很了不起,不是吗?所以你经常看着一株植物;你可能会认为它很被动地坐在那里,但实际上,它们一直在观察和感知环境,并整合这些信息来改变基因表达,这就是我们在研究实验室所做的。我们试图了解控制植物对季节的这些反应的分子。

康妮:哇!你能给我展示一下你在这里做什么吗?

菲利普:太好了,我们也许应该去看看生长室,在那里我们可以看到一些我们在研究中使用的植物,以了解植物是如何生长的。

康妮:听起来不错,我们走吧……

我们急切地想进入温暖的环境,于是来到地下,找到了一系列的门,每扇门都通向一个温度不同的房间,里面都种满了植物……现在我要提醒你,暖气可能会有点吵……

菲利普:没错。这些是在房间里散步。我打开这个…

康妮:哇!感觉很有未来感,这里很明亮,很嘈杂,还有几排手推车,上面有很多不同的植物。这是什么?

这是一个低温的房间。如果你看这里的这些植物,它们生长得很慢,而相比之下,这些植物生长得很快。所以我们欺骗这些植物,让它们认为实际上比实际更温暖,这就向你展示了通过改变植物的一个基因,我们可以改变植物认为自己生长的季节,这很有趣。

康妮:这些植物都是同一种,但看起来却大不相同,你根本猜不到。有的小得像衣服,有的大得像溢出来的水。这表明了植物的生长环境对它们的生长模式有多么重要,而且,如果只有几个基因参与其中,那么这种环境反应的途径一定是非常非常特殊的。我有更多的问题,但所有的噪音对收音机来说不是那么好,所以似乎最好在其他地方继续谈话……

我们在外面提到过,但我们看到的是,由于冬天非常温暖,所有这些植物都提前开花了。从长远来看,如果我们有一个不断变化的植物环境,这意味着什么?他们能适应吗,还是会给我们带来麻烦?

这很有趣;我们正处于一个巨大的全球性实验中,这给植物的行为带来了巨大的变化。我们已经看到,气温升高1摄氏度,植物开花时间就会提前,植物的分布也会发生变化。同样重要的是,植物的反应并不都是一样的;所以有些植物会比其他植物做得更好所以似乎主要利用温度来决定它们生命周期的植物,它们似乎比主要利用光周期做得更好。你可以想象,一种植物主要用白天的长度来决定何时开花或何时开始生长,它们可能会失败。如果你有一个温暖的春天,其他植物可能会提前生长,它们会和那些等待了很长时间的植物竞争,而实际上,它们本可以更早开始生长。所以野生植物已经发生了变化,而且变化很大。

除此之外,你还得考虑农作物会发生什么。据估计,平均而言,气温每升高1摄氏度,农作物产量就会下降10%左右,所以这是我们真的要注意的事情。

康妮:我想,如果我们必须适应这些不断变化的气候,你在这里的工作在未来会很重要吧?

菲利普:嗯,现在做这类研究确实是一个非常有趣的时期,我们的实验室,以及世界上许多实验室,都对这个问题很感兴趣,那就是如何识别使植物感知温度的实际基因。所以,如果我们识别出这些基因,那么我们就有很大的机会培育出对高温胁迫有更好反应的植物。

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