誰(shuí)來(lái)叫小草起床

史 軍

春天的清晨，我很不情愿地壓下叮叮作響的鬧鐘，一天的工作生活就此展開(kāi)。窗外，枝頭的綠芽彈出了頭，小草也頂開(kāi)了被春雨潤(rùn)濕的土層，迎春花早就迫不及待地用黃色的花瓣來(lái)迎接春天了，自然界全然沒(méi)有了冬日的蕭索。那又是誰(shuí)把這些花花草草們喚醒，來(lái)參加這春日的聚會(huì)呢?

花的低溫開(kāi)關(guān)

都說(shuō)春風(fēng)吹綠了小麥，細(xì)雨喚醒了桃花，實(shí)際情況并非如此。在春風(fēng)細(xì)雨敲門(mén)之前，西北風(fēng)和雪花已經(jīng)去叫它們起床了。西北風(fēng)叫早?對(duì)，沒(méi)錯(cuò)，是西北風(fēng)。

對(duì)于像小麥、桃樹(shù)這些生長(zhǎng)在溫帶的植物來(lái)說(shuō)，春天開(kāi)花的好處顯而易見(jiàn)：可以延長(zhǎng)果實(shí)和種子的發(fā)育時(shí)間，在嚴(yán)寒到來(lái)之前，完成繁育下一代的任務(wù)。當(dāng)然，在這個(gè)過(guò)程中，還有大量進(jìn)行光合作用的綠葉為其提供營(yíng)養(yǎng)保障。試想一下，如果蘋(píng)果樹(shù)在秋天開(kāi)花，幼小的果子恐怕會(huì)被霜凍趕下枝頭。

為此，這些植物“設(shè)計(jì)”出了一個(gè)特別的開(kāi)關(guān)——FLC基因，這一基因及其表達(dá)的蛋白質(zhì)的任務(wù)就是阻止赤霉素的積累，而赤霉素正是促進(jìn)花芽發(fā)育的關(guān)鍵物質(zhì)。這樣，基因就可以限制植物開(kāi)花了。

當(dāng)溫度降低時(shí)，植物中的某些特殊的基因蘇醒過(guò)來(lái)(注意，并不是編碼赤霉素基因，它們平常因?yàn)榻Y(jié)合著甲基基團(tuán)而處于休眠狀態(tài))，這些基因的表達(dá)產(chǎn)物會(huì)“束縛”FLC基因的手腳，使FLC基因暫時(shí)失去對(duì)赤霉素合成途徑的掌控能力，這樣，赤霉素工廠開(kāi)始生產(chǎn)了。當(dāng)然，這個(gè)關(guān)閉過(guò)程需要足夠長(zhǎng)的時(shí)間，才能生產(chǎn)出足夠量的赤霉素以及其他促進(jìn)開(kāi)花的物質(zhì)，比如，冬小麥要在0～3℃的環(huán)境里。忍受40～45天的冰凍，才能抽穗開(kāi)花。這之后，冬天最嚴(yán)寒的時(shí)間也過(guò)去了，做好準(zhǔn)備的花朵就可以在春風(fēng)中綻放了。因?yàn)楦号ㄩ_(kāi)有關(guān)，這個(gè)過(guò)程被安上了“春化作用”的名頭。

有讀者可能會(huì)想，在漫長(zhǎng)的冬季中，只有一個(gè)月左右的保險(xiǎn)時(shí)間，如果在這段低溫之后，突然出現(xiàn)“小陽(yáng)春”，這些植物還不得頂著西北風(fēng)開(kāi)花啊，這個(gè)問(wèn)題植物也想到了。

開(kāi)花看日照長(zhǎng)短

除了氣溫一天天上升，春天的日照時(shí)間也在一天天加長(zhǎng)。聰明的植物也懂得在白天足夠長(zhǎng)的時(shí)候才開(kāi)花。對(duì)于小麥來(lái)說(shuō)，當(dāng)太陽(yáng)每天在天空中游蕩超過(guò)14個(gè)小時(shí)的天數(shù)超過(guò)20天，它們才會(huì)啟動(dòng)開(kāi)花程序。

更有意思的是，“感覺(jué)”光照時(shí)間變化的并不是花芽本身，而是那些綠油油的葉片。在葉片中有一種被稱(chēng)為FT的基因，只有葉片每天享受足夠時(shí)長(zhǎng)的“日光浴”，這個(gè)基因才會(huì)開(kāi)始工作，產(chǎn)生作為催促花芽發(fā)育信號(hào)的信使核糖核酸(mRNA)。這些信使核糖核酸會(huì)被運(yùn)送至莖尖部位，與掌管花發(fā)育的APl基因(掌控花萼和花瓣形成的基因)共同作用，進(jìn)而分化出美麗的花朵。

順便說(shuō)一下，信使核糖核酸通常是細(xì)胞內(nèi)的通訊工具，但是很容易被降解。所以，在葉片中由FT基因指導(dǎo)合成的mRNA是如何被搬運(yùn)到花芽去的，一直是困擾科學(xué)家的一大難題。根據(jù)最新的研究，這些信使核糖核酸從葉片進(jìn)入韌皮部后，會(huì)與特殊的蛋白質(zhì)親密接觸，形成復(fù)合體，進(jìn)而在蛋白質(zhì)的護(hù)衛(wèi)下，順利前往莖尖。

當(dāng)然，并不是所有的FT基因都在長(zhǎng)時(shí)間日照下工作，像菊花那樣在秋天開(kāi)花的植物，它們的FT基因就是在光照時(shí)間低于某個(gè)值時(shí)才工作的。所以，植物才會(huì)分成了長(zhǎng)日照植物和短日照植物兩大集團(tuán)。

經(jīng)過(guò)一天的工作，吃罷飯，洗漱完，看看時(shí)鐘已經(jīng)指向12點(diǎn)了，該結(jié)束這一天了。

花花草草們經(jīng)歷了春日的成長(zhǎng)和開(kāi)花，夏日果實(shí)的孕育，秋日的碩果累累，寒風(fēng)吹起之時(shí)，它們也要結(jié)束一年的工作休息了。那么又是誰(shuí)讓它們休息的呢?

落葉還要看日照長(zhǎng)短

大家都覺(jué)得是低溫讓植物落葉睡覺(jué)的，這可不是個(gè)保險(xiǎn)的招數(shù)。在低溫來(lái)時(shí)再落葉，恐怕會(huì)被凍成冰雕了。別忘了，聰明的植物可是看光時(shí)鐘的，所以能早早地走在西北風(fēng)的前面。掌控這個(gè)時(shí)鐘的，就是細(xì)胞間隙中的鈣離子。當(dāng)日照變短時(shí)，這些鈣離子會(huì)鉆進(jìn)細(xì)胞與掌管細(xì)胞生命活動(dòng)的關(guān)鍵的酶和蛋白質(zhì)結(jié)合起來(lái)，從而強(qiáng)制它們休息。這樣一來(lái)，整株植物體都休息了。并且，這個(gè)過(guò)程與溫度幾乎無(wú)關(guān)。在針對(duì)楊樹(shù)的試驗(yàn)中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，只要保證光照時(shí)間，即使溫度順次降低，楊樹(shù)葉也不會(huì)脫落；相反，如果光照時(shí)間逐漸縮短，即使有恒定的溫濕度條件，楊樹(shù)也照樣休息。

補(bǔ)充說(shuō)明一點(diǎn)，除了長(zhǎng)周期的光調(diào)控，有些植物的花朵還會(huì)對(duì)光線作出敏感反應(yīng)，除了扭動(dòng)脖子的向日葵，還有晝開(kāi)夜合的時(shí)鐘花。這種花朵在早晨開(kāi)放，黃昏關(guān)閉，之所以如此，一方面有利于昆蟲(chóng)傳粉，另一方面也阻止了那些偷盜花粉花蜜的小動(dòng)物搞小動(dòng)作。不過(guò)其開(kāi)放和關(guān)閉的控制機(jī)理仍然是個(gè)謎，等待人們?nèi)ヌ剿鳌?/p>

讓種子沉睡的物質(zhì)

除了片片黃葉落下，植物也撒出了一年的結(jié)晶——種子。面對(duì)將要到來(lái)的寒冬，越冬的最好辦法是讓它們好好睡上一覺(jué)。致密的種皮，就像一個(gè)密封艙，把幼小的植物——胚裹得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)，二氧化碳出不去，氧氣也難以進(jìn)來(lái)。不過(guò)，很多種子中，胚并沒(méi)有裝得滿(mǎn)滿(mǎn)的，還為其伸展提供了一點(diǎn)空間，比如山茱萸的種子在剛剛收獲時(shí)，胚只有種子長(zhǎng)度的1/2到1/3，只有當(dāng)胚長(zhǎng)到足夠大時(shí)，才能頂開(kāi)種皮萌發(fā)出來(lái)，這也算得上是個(gè)簡(jiǎn)單的發(fā)芽時(shí)鐘了。

植物不僅僅有機(jī)械式的時(shí)鐘，很多植物的種子上以及包裹種子的果皮中還準(zhǔn)備了化學(xué)時(shí)鐘，讓種子休眠的物質(zhì)——脫落酸(ABA)。這種物質(zhì)可以保證果實(shí)，只有經(jīng)歷過(guò)雨季大量雨水的洗刷，休眠物質(zhì)濃度降低到一定程度，種子才能發(fā)芽生長(zhǎng)。

除了種皮上的化學(xué)物質(zhì)，幾乎所有的種胚中也都含有脫離酸，這些物質(zhì)或者需要經(jīng)過(guò)低溫處理，或者需要經(jīng)過(guò)高溫處理才能被降解掉，而處理過(guò)程結(jié)束的時(shí)候，恰恰就迎來(lái)了最適合幼苗生長(zhǎng)的好天氣。

人工撥動(dòng)植物的生物鐘

億萬(wàn)年來(lái)，植物都在踩著光和熱的鐘點(diǎn)自我生長(zhǎng)繁衍，可是人類(lèi)的出現(xiàn)打破了它們的常規(guī)線路。為了獲取更多的糧食，為了在寒冬季節(jié)看到春日的花朵，抑或是為了讓種子快速萌發(fā)以加快育種速度，人們開(kāi)始撥弄植物的生物鐘。

春小麥的低溫處理，大概是最經(jīng)典的人為調(diào)整植物生物鐘的案例了。前面說(shuō)過(guò)，小麥必須經(jīng)過(guò)低溫，才能誘導(dǎo)花芽的發(fā)育，進(jìn)而抽穗、開(kāi)花、結(jié)籽。而在春小麥播種之時(shí)，寒冬早已過(guò)去，不經(jīng)歷低溫，它們又如何開(kāi)花呢?聰明的農(nóng)學(xué)家早就發(fā)現(xiàn)了低溫的玄妙，并且，低溫處理種子的效果同麥苗在自然界中經(jīng)受低溫處理的效果是相同的，也就是說(shuō)，經(jīng)歷過(guò)低溫的種子在發(fā)芽時(shí)，已經(jīng)攜帶了開(kāi)花必須具備的赤霉素等物質(zhì)。別小看這一點(diǎn)，正是它讓小麥的種植區(qū)域擴(kuò)展到那些冬季氣溫在零下數(shù)十度、冬小麥無(wú)法越冬的廣大地方，大大增加了糧食產(chǎn)量。

同樣的低溫開(kāi)關(guān)的控制工作，還發(fā)生在牡丹身上。也正是由于對(duì)低溫開(kāi)關(guān)的深入了解，才讓我們?cè)诖汗?jié)之時(shí)，可以欣賞到雍容華貴的牡丹花。人們把在4℃左右處理6周的牡丹挪進(jìn)溫室，并在花蕾上涂抹赤霉素，這樣就撥動(dòng)了牡丹的“時(shí)鐘”，讓它們?cè)诖禾斓絹?lái)之前就蘇醒過(guò)來(lái)綻放出艷麗的花朵。

若想讓菊花提前開(kāi)放，則要調(diào)整光周期時(shí)鐘了。對(duì)于這種短日照植物，只要把光照時(shí)間控制在一定水平之下，菊花也可以在夏日綻放。不過(guò)，個(gè)人總覺(jué)得，本應(yīng)代表季節(jié)的各式花朵，在人類(lèi)的指揮下似乎全然沒(méi)有了時(shí)間的概念。

在億萬(wàn)年進(jìn)化歷程中形成的花花草草的時(shí)鐘，比我們的手機(jī)時(shí)鐘要復(fù)雜得多，也正是這些復(fù)雜的系統(tǒng)讓我們感受到了春天的希望，夏天的茁壯，秋天的豐碩和冬日的寧?kù)o?？茖W(xué)家正試圖用基因手段來(lái)完全控制植物萌發(fā)、生長(zhǎng)、繁殖和休眠的進(jìn)程，這種隨意撥動(dòng)時(shí)鐘的行為究竟是好是壞，只能讓時(shí)間來(lái)檢驗(yàn)了。

(責(zé)任編輯 趙 菲)