植物如何争夺光能研究人员发现避荫新机制

植物密集生长时会尽一切可能遮挡光线。这种“避荫”反应已被广泛研究。因此，瓦赫宁根大学分子生物学实验室的研究人员发现了另一种全新的机制：激素细胞分裂素的重要作用，这更加引人注目。

自然界、田野或温室中的植物相互竞争光照、水分和养分。植物种植得越密集，竞争就越激烈。但它们如何知道自己的植物有点拥挤呢?

“在种植密集的农作物中，红光的吸收速度比远红光快，远红光会被反射。因此，红光与远红光的比率会随着密度的增加而降低。植物通过感光色素光敏色素‘看到’这一点，”瓦赫宁根大学及研究中心分子生物学教授罗纳德·皮里克(RonaldPierik)说道。

色素就像一个开关：它可以是活动的，也可以是不活动的。可以说，红色与远红色的比例控制着按钮。这会引发一系列反应。

Pierik表示，“在远红光水平相对较高的情况下，就像密集种植的农作物一样，茎会长得更长，叶柄也是如此。叶子本身会从水平位置移动到更垂直的位置。任何事情都是为了高于相邻的叶子并拦截更多的光线。”

地上与地下的竞争

人们对于这种反应以及驱动它的机制已经了解很多。

“植物如何处理与光有关的信息对我们的农作物来说很重要。因为我们总是把它们种得很近。问题是你能走多远，”皮尔里克说。

然而，植物不仅争夺光，还争夺营养。

“因此，你应该将避荫与其他应对竞争的方法结合起来考虑。这样你就能更接近实地情况。这种思路促使我们的博士后研究员PierreGautrat(他在我们乌得勒支大学的前团队中开始了这项工作)想到了同时研究地上和地下竞争的想法。研究问题之一是，如果植物没有以氮的形式获得足够的营养，它是否仍能对远红光做出良好反应，”他说。

细胞分裂素充当信使

为此，生长组织需要知道土壤中有多少氮。它们知道这一点，因为信息从根部传递到生长点。在这种情况下，信使是植物激素细胞分裂素。这种激素在根部形成，并通过静脉传递到植物地上的部分。如果存在大量氮，也会有大量细胞分裂素。

“事实上，当氮含量低时，避荫反应似乎受到抑制。然而，我们已经证明你实际上可以欺骗植物。如果你给它额外的细胞分裂素，当氮含量低时，你仍然可以通过额外的远红光获得显著的长度增长。这是第一次有人证明细胞分裂素在避荫中发挥作用。因此，我们发现了一种新机制。这是相当了不起的，因为这些过程已经得到了非常深入的研究，”Pierik说。

更令人惊奇的是：到目前为止，人们知道细胞分裂素是抑制长度生长的激素。“回想起来，得出这一结论的所有试验都涉及在黑暗中培育的幼苗。只有在光照下培育幼苗才能得到这种反应。而且不是用普通的白光，而是用过量的远红光，”他解释说。

该抑制剂抑制

研究人员还研究了这种机制在基因层面上的作用方式。

“有特定的蛋白质可以抑制植物对细胞分裂素的敏感性。编码这些蛋白质的基因本身在暴露于远红光时会受到抑制。换句话说，抑制剂被抑制了。这正是刺激敏感性的原因。这些也是非常新的见解，”Pierik说。

农作物的结构非常重要。

“我们从绿色革命中学到这一点。绿色革命带来了更高的产量，因为农学家开始种植水稻和小麦品种，这些品种将更少的能量用于长度生长，而将更多的能量用于谷粒。这些新见解可以帮助农学家和种植者提高大麦、小麦、玉米和水稻等作物的产量，”他总结道。