大家都知道,人体和动物体内都有“生物钟”来调节他们的生物节律,但美国农业部和以色列的科学家很近发现,跟动物一样,植物体内也有一个24小时生物钟。
就像人体生物钟提醒我们起床一样,植物也有一个生物钟提醒他们准备迎接太阳的到来。
美国农业部农业研究实验室的植物生理学家Autar
K.
Mattoo介绍说,植物生物钟被设定在每天上午的同一时间,通常是在中午前的几个小时开始启动调节功能。每天上午这个闹钟提醒植物准备迎接强烈的阳光,并同时启动帮助植物制造食物的程序。
Mattoo在上周三接受采访时说,植物体内有一种叫做D1的蛋白质。植物的这个生物钟控制着一种能够调节D1蛋白质的酶。D1蛋白对植物的光合作用非常重要,而植物正是依靠光合作用吸取阳光并把它转化成营养成分。
当D1与磷结合时形成一种转换蛋白,这种蛋白存在于叶绿体中——一种由碳水化合物、脂肪和蛋白质构成的存在于细胞壁的特殊结构。
Mattoo说,科学家们相信这种转换蛋白能够告诉植物调整自身的新陈代谢以免受到强烈光照的伤害。
他说:“植物本身是不会动的,所以它们形成了一套特有的机制,使植物能够在极端恶劣的环境下生存。”他说,如果植物受到强烈的紫外线照射,植物体内就会产生一种叫做类黄酮的分子,这种分子可以起到“墨镜”的作用。
到了傍晚太阳下山的时候,植物生物钟就会关闭。但如果在黑暗的环境中用人工光线照射植物,植物自身就会记忆下这个生物钟。事实上,这个生物钟从来不会真正地休息。
人类也有自己的生物钟,人体生物钟的运行模式跟植物生物钟大同小异:它们都受蛋白质的控制,而这些蛋白质时刻为身体的各种活动掌握着时间——从睡觉到呼吸。
科学家的这一新发现已经发表在2002年12月的《植物生理》杂志上。这一发现可能有助于科学家找到让植物更多、更有效地生产食物的方法。但Mattoo认为找到这种方法还需要几年的时间。
什么是植物生物钟?
植物生物钟的功能:生物钟对生物体起定时器的作用。植物及其他生物靠生物钟的节奏调节它的生理活动,使之在一天中适当的时间内进行。此外,四季中每日日长加长或缩短,使生物钟的相位改变,植物由此识别季节,从而使生理变化适合于该季节,例如从营养生长转向生殖生长(花芽分化),或落叶、休眠,迎接冬天来临。
植物生物钟是决定生物生理活动的周期性波动的内生节奏。它是生物对环境昼夜与季节变化的适应,在生物界广泛存在。如很多种植物的叶子在白天呈接近水平状态,夜间则下垂。
有些花只在清晨开放;发光单细胞藻膝沟藻的发光量有昼夜变化,近午夜时达到高峰。气孔开关、细胞分裂、胚芽鞘的生长等都有昼夜起伏变化。很多种植物的花原基形成、芽休眠、落叶等物候期,是年周期现象的表现,其日期的确定往往取决于日照长度,而植物对长日照或短日照的反应,和其内生的昼夜周期有联系。
振荡:内生的昼夜节奏是体内的一种振荡,其周期在自然条件下为24小时。这种振荡在光、温完全稳定的条件下仍然存在,但这时的周期不是恰好24小时,而是其近似植,在22~28小时之间。这种不依赖于外界昼夜变化的内生节奏称为近似昼夜节奏。在自然条件下昼夜节奏的周期是24小时,是因受光-暗交替的24小时周期制约而造成的。如用不同于24小时的光-暗循环,也可改变生物钟的周期,使之偏离24小时,与外界光-暗循环周期一致。但是所用的周期不能与24小时偏离过多。外界光-暗交替如与植物原来昼夜节奏的相位不同,也可以使其相位改变。
因为一般化学反应包括生化反应的Q1c都在2以上,这表明生物钟的计时机理可能不是由化学系统而是由物理系统组成的,或者是有某种反馈系统的生物化学循环变化,反馈系统消除了反应速度对温度的依赖关系。温度只影响有昼夜节奏的生理过程(如生长、光合等)的强度,即振荡的振幅。
为什么生物会有生物钟?1.昼夜交替对生物的影响。
昼夜交替让动物产生了昼伏夜出(如老鼠)或夜伏昼出(如人类及许多其他哺乳动物)的生物钟规律,我们的生活处处受昼夜交替的影响。而昼夜的交替对于植物来说又是能量或糖分产生、释放或聚集、利用的过程(如葡萄,在白天会进行光合作用产生能量,在夜间会进行呼吸作用释放能量;在白天会消耗糖分以维持生存所需。在夜间则会积聚能量以迎接明天),这种对植物的影响也会间接地影响到人类。
2.四季变化对生物的影响。
(1)对植物的影响:如春季百花齐放、夏季植物生长快速、秋季硕果累累,冬季植物休眠(落叶)等,“睡”到第二年春天才萌发生长。
(2)对动物的影响:有的动物生活随着四季有规律地变化,如毛足蜂春天采食花蜜,夏天繁殖后代,秋天建巢和储存过冬食物,冬天躲藏在巢穴中过冬。有的动物还会随季节变化进行迁徙或冬眠,如大雁和刺猬。
(3)对人类的影响;农民伯伯根据季节变化种植、护理、收割农作物,人们也会根据季节变化更换衣物。
大多数植物在春季温度开始升高时发芽、生长,继而出现花蕾:夏秋季高温下开花、结果;秋末低温条件下落叶,随即进入休眠。这种发芽、生长、出现花蕾、开花、结果、落叶、休眠等生长、发育阶段,称为物候期。物候期是各年综合气候条件(特别是温度)如实、准确的反映,用它来预报农时、害虫出现时期等,比平均温度、节令要准确。
菜豆叶片在白天呈水平状态,夜间下垂,称为就眠,如菜豆连续光照,或连续黑暗,并使温度处于恒定,菜豆叶片仍然在白天时平展,夜间时下垂,说明菜豆叶片的就眠运动受体内的一种内生机制控制,这就是生物钟。生物钟的重要特点是可以调拨,调拨生物钟的主要因素是光照。因此,生物钟的周期总是近似24小时。
植物有生物钟吗?当然有,植物之所以能有节律的控制进行各种活动和变化,都是由于它们体内存在着某些记时装置--生物钟。