植物的“眼睛”長(zhǎng)在哪里？不是莖尖，而是這里

老郭在前文《注意！家里的盆栽正在“看”著你，植物的“視覺”能力超乎想象 》跟大家聊了植物的“視覺”能力，留下了這個(gè)問題——植物是用哪個(gè)部位來看到紅光和遠(yuǎn)紅外光的？本文就帶大家了解一下。

達(dá)爾文在植物向光性實(shí)驗(yàn)中，向我們展示了，植物感知光源方向的部位在莖尖上，而對(duì)光源方向做出反應(yīng)的部位則在莖的中部。如果按照這個(gè)思路，我們很容易會(huì)猜測(cè)，感受光源時(shí)長(zhǎng)，或者是感應(yīng)其它顏色的光的部位，也是在植物的莖尖。

如果你真的這么想，那就錯(cuò)了。事實(shí)上，科學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中做過測(cè)試的實(shí)驗(yàn)，在植物的光周期現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)中，并不需要用光源照亮整株，隨便用一縷光線，照射到植物的任何一個(gè)部位，都可以調(diào)整整株植物的開花時(shí)間。

但如果把植物所有的葉子都摘掉，只保留莖和莖尖，植物就再也不能對(duì)夜間的閃光發(fā)生反應(yīng)，即使用光照射整株植物也沒有用。近一步的實(shí)驗(yàn)表明：只要有一縷光照射到任何一片葉子上，就相當(dāng)于有光照射到了整株植物，效果是一樣的。

這意味著——葉子中的光敏色素可以對(duì)整株植物發(fā)出信號(hào)，從而誘導(dǎo)開花。

植物體內(nèi)有多少種光敏色素呢？

這個(gè)問題我們也可以換個(gè)角度來說——植物能“看”到多少種顏色呢？

先來看一下人眼中的光敏色素，在人類的X染色體上有一個(gè)色覺基因，能編碼兩種光受體蛋白：吸收紅光的受體蛋白和吸收綠光的受體蛋白；在7號(hào)染色體上還有編碼藍(lán)光受體蛋白的基因，這三種光受體蛋白分別在三種感光細(xì)胞中表達(dá)，當(dāng)一定波長(zhǎng)的光線照射到視網(wǎng)膜時(shí)，這三種感光細(xì)胞分別產(chǎn)生不同程度的興奮，然后通過視神經(jīng)傳至視覺中樞，即可產(chǎn)生某種色覺。

人類還有第四種光受體——視紫紅質(zhì)可以感知明暗，以及第五種光受體——隱花色素，它能感知藍(lán)光，用于調(diào)節(jié)生物鐘。所以現(xiàn)在所謂的防藍(lán)光眼鏡并不能保護(hù)視力，而是調(diào)節(jié)生物鐘，如果睡前還繼續(xù)看手機(jī)，手機(jī)屏幕發(fā)出的藍(lán)光就會(huì)干擾我們的生物鐘，影響睡眠。

從前文的實(shí)驗(yàn)中，我們也能發(fā)現(xiàn)，植物同樣擁有多種多樣的光受體：植物擁有向光性，說明植物一定最少擁有一種藍(lán)光受體，科學(xué)家們稱之為向光色素；植物通過紅光和遠(yuǎn)紅外光來判斷黑夜的長(zhǎng)度，說明它們至少還有一種能感受紅光和遠(yuǎn)紅外光的受體。

隨著生物學(xué)的發(fā)展，尤其是遺傳學(xué)時(shí)代的到來，直到上世紀(jì)80年代初，才由荷蘭瓦赫寧根大學(xué)的馬爾騰?克爾恩福開創(chuàng)了運(yùn)用遺傳學(xué)理解植物視覺的實(shí)驗(yàn)方法，后來這種方法經(jīng)過了眾多實(shí)驗(yàn)室的重復(fù)和改進(jìn)。

馬爾騰?克爾恩福的思路及其簡(jiǎn)單——如果一株植物失明了會(huì)是什么樣？如果您注意過菜市場(chǎng)買的豆芽要比大地里的豆苗長(zhǎng)得高，而發(fā)豆芽的時(shí)候，通常是會(huì)放在溫度比較恒定的柜子里，光線比較暗。

這說明了，植物在黑暗環(huán)境中通常會(huì)伸長(zhǎng)，這時(shí)候它要努力見到光。如果馬爾騰?克爾恩福要找到失明植物的突變體，也許就可以看看哪一株幼苗在強(qiáng)光下仍然可以長(zhǎng)得很高。如果可以鑒定出失明突變體并予以栽培，他就能運(yùn)用遺傳學(xué)方法來發(fā)現(xiàn)這些植物到底出了什么問題。

馬爾騰?克爾恩福選取了一種類似野芥菜的小型實(shí)驗(yàn)植物——擬南芥。用已知可以誘導(dǎo)DNA產(chǎn)生突變的化學(xué)藥劑處理了一批擬南芥的種子，然后把它們的幼苗在各種顏色的光下，尋找比別的幼苗長(zhǎng)得高的幼苗。

他獲得了很多這樣的幼苗。有的可以在藍(lán)光下長(zhǎng)得高，但在紅光下高度正常；有的則相反，在紅光下長(zhǎng)得高，但在藍(lán)光下正常；而有的則在紫外線下長(zhǎng)得高，但在其它一切光線下高度都正常；還有一些是在紅光和藍(lán)光下長(zhǎng)得都高；有少數(shù)只在弱光下長(zhǎng)得高，而另一些則只在強(qiáng)光下長(zhǎng)得高。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明：只對(duì)某種特殊顏色的光失明的突變體，其體內(nèi)專門吸收這種光的受體存在缺陷。比如，沒有光敏色素的植株在紅光下生長(zhǎng)就如同在黑暗中生長(zhǎng)一樣。馬爾騰?克爾恩福這個(gè)實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)發(fā)現(xiàn)是，有幾種光受體是成對(duì)出現(xiàn)的，一種專門接受弱光，另一種專門接受強(qiáng)光。

如今，科學(xué)家們通過實(shí)驗(yàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)擬南芥至少擁有十一種不同的光受體，這些光受體的功能各不相同，有的告訴植物何時(shí)開花，有的讓植物知道夜幕何時(shí)降臨，有的讓植物知道光線的強(qiáng)弱，還有的能幫助植物知道準(zhǔn)確的時(shí)間。

從擬南芥這個(gè)例子上我們可以看出，植物在感光能力上要比人類視覺復(fù)雜得多。這也是植物在進(jìn)化過程中產(chǎn)生的本領(lǐng)，由于植物被固定在土壤中不能移動(dòng)，而光對(duì)于植物來說，不僅僅是晝夜交替的信號(hào)，更是植物賴以生存的食物。

植物為了彌補(bǔ)自身不能移動(dòng)的缺陷，進(jìn)化出了這種搜尋和捕捉光的本領(lǐng)，通過向光生長(zhǎng)，獲得自身生長(zhǎng)所需要的能量。

結(jié)束語

結(jié)合前文和本文我們可以知道，植物有能力知道是不是有其它植物或者物體遮住了自己的光，如果它處在陰影中，它就通過加速生長(zhǎng)來拜托陰影。通過判斷夜晚的長(zhǎng)度，植物知道應(yīng)該什么時(shí)候開花結(jié)果（種子）。這一切都是植物體內(nèi)的光敏色素在發(fā)揮著作用。

關(guān)于植物的感光能力我們就談到這里，下一篇咱們來聊聊——植物的視覺和人類視覺的差別？喜歡這類科普文章的小伙伴可以關(guān)注我的賬號(hào)，咱們不見不散。