聽，植物在“嘮嗑”

張曄

遇到家族親屬，會親切地打個招呼，還會協(xié)調(diào)關(guān)系避免“窩里斗”；遇到競爭對手，則迅速地發(fā)出威脅警告，并釋放毒素抑制對方生長。

這是人還是某種動物？都不是！能做出這些反應(yīng)的是那些我們平時看上去仿佛很安靜的植物。在看不見的地下，植物的世界遠(yuǎn)比我們想象中熱鬧。

一項由中、德、英三國學(xué)者共同參與的研究發(fā)現(xiàn)，相鄰植物可以通過根部釋放的化學(xué)物質(zhì)互相“對話”。這種由化學(xué)物質(zhì)主導(dǎo)的“交流”，可以改變植物生長的微環(huán)境，調(diào)節(jié)養(yǎng)分供給，甚至影響產(chǎn)量。

從根部釋放化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行“交流”

領(lǐng)導(dǎo)這一研究的中國科學(xué)院南京土壤研究所研究員孫波介紹，植物根系從土壤中汲取生長所需的養(yǎng)分，同時也釋放化學(xué)物質(zhì)。這些化學(xué)物質(zhì)改變了原本土壤里的水、氣、生物等微環(huán)境，這些改變很可能對周圍其他植物造成影響。此次，科研團(tuán)隊選取了中國南方耕地經(jīng)常相鄰種植的花生和木薯，來具體研究植物間的化學(xué)信號是怎樣相互影響的。

研究發(fā)現(xiàn)，木薯能從根部向土壤中釋放出一系列液態(tài)和氣態(tài)的氰化物，而附近的花生接收到這種信號后，能夠釋放相應(yīng)的氣態(tài)分子乙烯，在乙烯影響下，花生植株會主動縮減地面植株的繁茂程度，優(yōu)先保證果實的養(yǎng)分供給。同時，乙烯還能作為“召集信號”，聚集土壤中的有益微生物到花生根部，提高氮、磷等有效養(yǎng)分的吸收率，以進(jìn)一步提高花生果實的飽滿程度和產(chǎn)量。

“這項研究告訴我們，植物根部釋放的化學(xué)物質(zhì)，或許是不同植物間‘交流對話的關(guān)鍵?！睂O波說。其實除了釋放化學(xué)物質(zhì)外，研究者還發(fā)現(xiàn)，植物可以通過物理信號包括電信號、聲波信號等進(jìn)行交流。

不同植物之間的交流，甚至可以在第三方的幫助下進(jìn)行，而這位被科學(xué)家識破身份的“送信使者”，就是我們熟知的菟絲子。菟絲子這種寄生植物，會纏繞在植物的莖上，從接觸宿主的部位伸出尖刺，戳入宿主直達(dá)韌皮部。中國科學(xué)院昆明植物研究所的一項研究證實，它不僅外形酷似“電話線”，在不同宿主間也能起到“通信渠道”的作用。當(dāng)昆蟲侵害一個宿主的時候，這個宿主能產(chǎn)生一個抗蟲信號，喚醒自身的防御機(jī)制，通過菟絲子這個渠道，這個抗蟲信號能夠被傳輸?shù)狡渌乃拗髦参?，令這些植物提起戒備，開始增強(qiáng)抗蟲能力。

通過“口令”決定是戰(zhàn)是和

除了進(jìn)行“交流”之外，植物還能通過感知“鄰居”的“信息”來決定是否要對其發(fā)起攻擊。植物在什么情況下會對臨近植物“出手”呢？為了弄明白這個問題，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院教授孔垂華帶領(lǐng)團(tuán)隊用了7年時間，從植物的根系入手進(jìn)行研究，最終揭開了這層神秘面紗。

他們把小麥種植在營養(yǎng)液里，并通過樹脂收集液體中的各種化學(xué)物質(zhì)，再一一進(jìn)行分析。通過這種方法對小麥根系分泌物進(jìn)行活性追蹤分離，孔垂華團(tuán)隊得到了4個已知化合物，分別為茉莉酸、水楊酸、黑麥草內(nèi)酯以及木犀草素。同時，他們選取了自然界中常出現(xiàn)在小麥附近的大狼杷草、野燕麥、節(jié)節(jié)草等100種伴生植物，然后分別對它們的根部、根系分泌物和根際土進(jìn)行了分析。

通過研究發(fā)現(xiàn)，這些植物根部、根系分泌物和根際土壤中都含有小麥根系分泌物中所含的前三種物質(zhì)，其中特別是黑麥草內(nèi)酯和茉莉酸，在較低濃度下就能極大程度地誘導(dǎo)小麥根系化感物質(zhì)DIMBOA濃度的升高，而DIMBOA這種物質(zhì)在小麥抗菌、抗蟲和防御雜草等方面都具有重要作用。也就是說，黑麥草內(nèi)酯和茉莉酸可以看作是小麥辨認(rèn)其伴生植物的“信號”，通過感知這些化學(xué)物質(zhì)的濃度，小麥就能判斷對方的存在。如果周圍的伴生植物達(dá)到了一定的密度，開始威脅到小麥的水分和養(yǎng)分吸收，小麥就會開始大量分泌DIMBOA抑制其生長，就像是拿起武器發(fā)動戰(zhàn)爭。

隨后，孔垂華和研究團(tuán)隊通過對水稻的研究進(jìn)一步證實，有親緣關(guān)系的水稻種植在一起，根系會盡量小心翼翼地避開彼此，從而最大程度減少競爭，而且不論是否存在與稗草的種間競爭，水稻與“親屬”之間的這種“關(guān)照”都會存在；而非親緣關(guān)系的水稻種植在一起結(jié)果則相反，它們的根系會扎得更深，更具活力和侵入性，力圖擠壓對方的生存空間。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，在根系分泌物抑制劑作用下，或者完全阻斷根系物質(zhì)交流后，這種親緣識別現(xiàn)象就會隨之消失。

“這與人或動物的家族關(guān)系非常一致，親人之間大多是相互關(guān)照，而對外人則保持警惕和防范?！笨状谷A用確鑿的證據(jù)表明，植物也有親屬觀念并具備相應(yīng)的辨識能力，對內(nèi)相互協(xié)調(diào)，對外擴(kuò)張領(lǐng)土。

聽懂植物語言 促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

破譯植物語言、搞清植物親疏并不是因為科學(xué)家們太“八卦”，促進(jìn)生產(chǎn)才是科學(xué)研究的終極意義。

孫波說：“搞清這些‘對話如何進(jìn)行，就有機(jī)會解開更多植物的‘生長密碼，也能幫助人類更加科學(xué)有效地種植農(nóng)作物?！?/p>

以禾本科植物為例，它們所釋放的次生代謝物質(zhì)諸如DIMBOA之類，不僅能抑制競爭對手的生長，同時也會使自己的果實產(chǎn)量下降。此外，如果周圍生存所需的資源有限，有些植物甚至?xí)尫哦舅貧⑺酪徊糠滞?，以維持家族生態(tài)平衡。因此，科學(xué)家斷定，通過監(jiān)測植物的“化學(xué)對話”，能有效地把植物次生代謝物質(zhì)的產(chǎn)生與作物產(chǎn)量維持在一個平衡點。

孔垂華也認(rèn)為，解開植物交流的密碼，不僅對植物生態(tài)研究具有重大的理論價值，對農(nóng)作物種植和環(huán)境保護(hù)也會起到很大的幫助作用，比如可以利用植物的這種特性，將適宜合種的植物相鄰種植，以便增加農(nóng)作物產(chǎn)量，或者減少除草劑使用。

科學(xué)家還利用植物對其“敵對者”釋放的化學(xué)物質(zhì)，成功研制出可以有效抑制病害的生物農(nóng)藥。以煙草花葉病毒為例，這種病毒可感染的植物高達(dá)500多種。中國科學(xué)院昆明植物研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)，云南的某種野生植物，在遇到攜帶這種病毒的植物時，會大量分泌出一種次生代謝物，并能有效抵御這種病毒的攻擊。他們根據(jù)從植物馬藍(lán)提取物中分離得到的活性成分，成功研制了一種新型生物農(nóng)藥，不僅能有效防治煙草花葉病毒傳染，還最大限度地保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。