植物受傷時,竟然會「慘叫」 「嗓門」比人還高?
我們整理文件,手上被A4 紙劃了一個口子;不慎摔一跤,膝蓋被地面磕出傷口……沒關係,只要消消毒,沒幾天就結痂、癒合了。而很多動物受點小傷,會舔舔傷口,曬曬太陽,過不了幾天又生龍活虎。動物可以如此,那大家有沒有想過,植物受傷又該怎麼辦呢?
面對傷害,植物先天有劣勢
畢竟大多數植物紮根在土壤中固定生長,無法像動物那樣主動逃避危險,只能透過生長位置和形態特徵被動應對外界的威脅,與靈活性強的動物相比,植物只能「被動應對」。
例如面對日趨嚴重的狂風暴雨等極端氣候、各種新型病害侵襲、噬咬類草食性昆蟲和動物等機械性損傷,這些都可以造成植物嚴重傷害。當植物受傷時,裸露的傷口會成為外界病原菌和害蟲入侵的門戶,同時造成水分和養分的流失,導致植株長得衰弱,生長和發育也因此受到影響,嚴重時甚至可能死亡。因此,植物把傷口晾著不管,絕對不是好主意。
但是,絕大多數植物自己又不能動,更沒法像人和動物那樣對傷口做哪怕最簡單的處理,於是,迫於環境的壓力,植物演化出了一套獨特且高效的傷口修復機制,儘管它們無法移動,但依靠自身的結構和生化反應,植物也能迅速修復傷口,阻止外界威脅入侵。那麼植物是怎麼「知道」自己受傷,又該如何療傷呢?接下來咱們就聊聊。
植物受傷會痛嗎?
說到受傷,我們的第一個反應是“痛”,很多動物也是如此,但植物作為一種擁有纖維素細胞壁的多細胞真核生物,它與動物在基本構造上具有天壤之別。植物不像動物般擁有專門的神經系統,遇到傷害時也不會出現明顯的壓力反應,例如尖叫、閃避和攻擊等行為。
因此,許多人可能會覺得既然植物沒有神經系統,想必受傷也毫無知覺,其實這種說法是不全面的。因為植物雖然不會像人或很多動物那樣“疼痛”,但它們仍然能“知道”自己哪裡受了傷,並採取應對措施。
原來,植物可以透過一連串複雜的生物化學機制來感知外界的刺激。當受到傷害時,植物會採取巧妙的應對措施,如透過電訊號、化學訊號以及荷爾蒙的調控,在分子層面上迅速做出反應,啟動自身的防禦和修復機制。
例如許多植物葉片被人為採摘或動物啃食而受傷時,受損部分會釋放谷氨酸,這種物質會讓植物受傷處產生鈣訊號,並在短時間內傳遞到植株全身。隨後植株便在體內開啟防禦機制,提醒植株的其他部位有危險降臨,要做出防衛。而它們的防衛手段通常會有釋放防禦激素,如會釋放一些吸引寄生蜂的臭味激素,這些寄生蜂會吃掉攻擊植物的昆蟲,或觸發釋放味道難聞的化學物質,使得昆蟲對它們失去胃口,以此來保護自己。
擬南芥對傷害的反應,白色箭頭處為受傷處,閃光則表示鈣訊號的傳遞
圖片來自參考文獻
此外,植物受到傷害時,也能發出人類聽不到的聲音。有科學家做過大量實驗,把番茄擠榨和菸草莖切斷後,這些植物其實能夠發出的超音波。根據統計當番茄被擠榨的時候,在1小時內發出了25 種超聲波,煙草莖被切斷後則發出了15 種超聲波,而沒有被切割和擠榨的植物,只是偶爾發出聲音,平均每小時測不到一次,可見植物對傷害還是有反應的,只是我們平常很難感知。
所以說,植物沒有神經系統,它們恐怕不能像我們一樣感覺到“疼痛”,但它們也擁有復雜而獨特的感知與反應機制,會以我們尚未完全理解的方式感知到自己受的傷害並做出反應。
植物傷口如何癒合?
那麼問題來了,就算植物能「感覺」到哪裡受傷,它們也不能像動物一樣迅速採取舔舐、自我包紮和利用周圍環境等行動來修復傷口,那植物該怎麼「療傷」呢?
事實上,植物雖然沒有像動物一樣有專門的癒傷組織進行癒合,但它們卻演化出了一套高效的修復機制,透過細胞再生、傷口封閉和分泌物質等方式快速應對損傷。正是這些獨特的生物學機制,使得植物能夠在受傷後迅速癒合,從而在環境壓力和外部威脅下繼續生存。
一旦受傷,植物的傷口處會立即分泌出樹脂、乳汁或其他化學分泌物,這些分泌物不僅能夠封閉傷口,防止水分流失,還能起到屏障作用,阻止病原體的進一步侵入。例如松樹受到傷害後,傷口處就會分泌出松脂,保護傷口。同時,受傷後的植物傷口會快速活化茉莉酸訊號,茉莉酸訊號可在傷口處誘導木質素慢慢累積,加固受傷組織的細胞壁,同時封鎖傷口,形成「結痂」。
而傷口在「結痂」過程中,由於時間較長,快速激活的茉莉酸信號不能持續響應,此時植物還會產生脫落酸信號,以此接替茉莉酸信號,激活一種名為RAP2.6的關鍵蛋白,從而接力完成傷口處木質素持續合成和累積,確保植物傷口持續修復,直至「結痂」痊癒,繼續生長。
植物正是依靠這些獨特的生理機制,在生長過程中遇到的各類傷害,也能夠迅速修復傷口,減少生理和病蟲危害,從而確保其正常地生長和繁殖,這種高效的自愈能力不得不讓我們讚嘆生物適應環境的奇妙之道。
植物「療傷」對人類有什麼意義?
看到這裡,我們已經知道了植物不僅可以感知到受傷,還可以運用自身強大的療傷能力來維持自己的生命。此時,也許會有人問:科學家在究植物傷口的癒合,對人類來說又有什麼意義呢?
其實,植物受到傷害後,除了可以自我修復外,有的還能自我替換(再生各種器官),這就是植物再生。人們很早就發現了植物再生現象,並將其運用到實際生產中,如組織培養、扦插和嫁接等,以此來快速繁殖和延續親本的優良性狀。現今科學家研究植物受傷的分子機制,將有助於人類進一步了解植物再生,進而進一步改良再生方法,提升農業技術,加速植物繁殖及提升植物優良品質。
除此之外,園藝修剪是園林苗木修整維護重要的一環,經過正確修剪的苗木將變得更加健康美觀。然而,在修剪過程中自然不可避免地會對植物造成傷害。園藝工人在園藝修剪中,如果能科學合理地利用植物的傷口癒合機制,選擇最佳的修剪時間、工具和方式,將可以有效降低修剪帶來的病害感染風險,幫助植物快速恢復生長,提升觀賞植物的美觀和經濟作物的產量。
因此,植物傷口的癒合不僅只是有利於植物本身,人類也能從中受益,研究植物的癒合機制,不僅能幫助我們更好地理解植物的生存策略,也為農業等許多領域帶來廣泛的應用價值,造福人類。
參考文獻
[1]豐田正繼等。 ,谷氨酸觸發長距離、基於鈣的植物防禦信號。