秋天,田壟之間,深綠著裝的冬小麥幼苗正努力舒展著葉片,為蕭瑟的秋日增添了一絲生機(jī)。不久,第一場(chǎng)霜凍將至,它們做出了一個(gè)聰明的決定——休眠。
冬小麥知道不該與寒冷硬碰硬,如果持續(xù)生長(zhǎng),以幼嫩的麥穗迎接漫天紛紛揚(yáng)揚(yáng)的雪花,結(jié)果不言而喻。所以冬小麥選擇在秋天提前發(fā)芽,積累必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。等到春天來(lái)臨,它們可以迅速地恢復(fù)生長(zhǎng),快速完成開花。不得不說(shuō),休眠真是個(gè)明智的選擇。
當(dāng)?shù)蜏睾透珊档臉O端環(huán)境出現(xiàn),冬小麥的細(xì)胞會(huì)釋放一種特殊的化學(xué)物質(zhì)——脫落酸。這就像是給植物吹響了熄燈號(hào),告訴它們是時(shí)候休息了。接到通知的冬小麥會(huì)關(guān)閉氣孔,減少呼吸,降低物質(zhì)合成,就這樣進(jìn)入了夢(mèng)鄉(xiāng)。
小麥的這一場(chǎng)休眠,對(duì)于麥穗的形成至關(guān)重要。如果將冬小麥種植在一個(gè)恒定溫暖的環(huán)境中,任憑給予多么充足的水分和肥料支持,它們都不會(huì)抽出像樣的麥穗,是不是很神奇!
實(shí)際上,很多植物都需要經(jīng)過低溫處理才能開花結(jié)果。你家養(yǎng)過君子蘭嗎?如果它多年不開花,可能是因?yàn)樗硖帨嘏沫h(huán)境太久了。
不論是幼苗還是花芽,都需要經(jīng)歷一段時(shí)間的低溫,來(lái)年才可以繼續(xù)發(fā)育,這種現(xiàn)象叫春化作用。
而基因掌控著春化作用的奧秘。
控制冬小麥幼苗生長(zhǎng)的是一個(gè)叫作Vrn的基因家族,主要有三個(gè)兄弟。老大Vrn-1是個(gè)老實(shí)孩子,任勞任怨干著開花需要的基礎(chǔ)工作,一心想讓花朵早日綻放;老二Vrn-2是個(gè)破壞王,總是干擾老大的工作,阻止開花;老三Vrn-3是個(gè)機(jī)靈鬼,它會(huì)審時(shí)度勢(shì),在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候幫老大。
有一種叫作擬南芥的植物,它的春化作用特別有趣,看上去就是一個(gè)解鎖和上鎖的過程。直接播撒稻種并不會(huì)浪費(fèi)種子。直到今天,在東南亞的很多地方,人們依然是通過撒種子來(lái)種植水稻。我們的祖先發(fā)現(xiàn),提前培育水稻秧苗可以更高效地利用土地。秋冬種冬小麥,春夏種水稻,一塊地能產(chǎn)出更多糧食,真是個(gè)聰明的種植方法!
在經(jīng)歷低溫之前,控制開花的基因上結(jié)合了一些特殊的蛋白質(zhì),這些蛋白質(zhì)像一把把鎖,將控制開花的基因牢牢鎖死。當(dāng)擬南芥經(jīng)歷低溫的時(shí)候,“怕冷”的特殊蛋白質(zhì)會(huì)從基因上跑下來(lái),自顧自抱成團(tuán)。這樣一來(lái),開花基因就又可以執(zhí)行自己的開花工程了。
在冬小麥出現(xiàn)之前,我們的祖先一直栽種春小麥,但它并不是主要的農(nóng)作物,這是為什么呢?
黃河流域并不適合春小麥生長(zhǎng),這些區(qū)域的早春通常氣溫偏低,時(shí)常有倒春寒現(xiàn)象發(fā)生,對(duì)春季新生的麥苗來(lái)說(shuō)是致命的打擊。特別是在魏晉南北朝時(shí)期,黃河流域經(jīng)常出現(xiàn)極端的雨雪天氣,盛夏飄雪也不是稀罕事兒。冬小麥的出現(xiàn)拯救了困境中的農(nóng)夫,秋季栽培的小麥在夏初就可以收獲,而且在種植冬小麥之前,還可以在同一塊耕地種植其他作物,極大提高了土地的產(chǎn)出總量。
初冬時(shí)節(jié),一望無(wú)垠的冀中平原脫去了老氣橫秋的外衣,田野一片嫩綠,那是剛出土不久的稚嫩麥苗。
它們對(duì)這個(gè)世界充滿了好奇,每天早晨,麥苗的尖尖上總會(huì)頑皮地挑著一顆顆晶瑩的露珠,每個(gè)露珠里都住著一個(gè)小太陽(yáng)。
——摘自光明日?qǐng)?bào)《冬小麥的堅(jiān)守》
農(nóng)田中的植物幼苗還會(huì)表現(xiàn)出一種有趣的自毒現(xiàn)象。植物通過根系和落葉釋放化學(xué)物質(zhì),這些物質(zhì)能夠抑制或毒殺自己的后代。
例如,連續(xù)在同一塊土地上種植茄子或辣椒,會(huì)導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低,因?yàn)橥寥乐袣埩舻母岛吐淙~釋放的有機(jī)酸、酚類和醌(kūn)類等化學(xué)物質(zhì),會(huì)影響新種植的作物生長(zhǎng)。
對(duì)于辣椒和茄子的幼苗來(lái)說(shuō),它們?cè)谀阁w周圍勉強(qiáng)可以生存,但蘋果樹的幼苗在母樹周圍幾乎沒有生存機(jī)會(huì),蘋果樹分泌的物質(zhì)能強(qiáng)烈抑制蘋果幼苗的生長(zhǎng)。
這種現(xiàn)象雖然聽起來(lái)有些殘酷,但它能夠減少植物幼體與母體之間的競(jìng)爭(zhēng),保護(hù)母體的生存。
在農(nóng)田中,輪作是解決自毒現(xiàn)象的有效方法,即在同一地塊更換種植不同的作物,減少土壤中自毒物質(zhì)的積累,植物也就能健康生長(zhǎng)啦!
在自然界,絕大多數(shù)植物媽媽都給自己的孩子準(zhǔn)備了旅行工具,它們讓種子去很遠(yuǎn)的地方,盡量避免自毒現(xiàn)象的發(fā)生。
植物幼苗似乎也懂得親疏之道??茖W(xué)家在研究美洲海灘芥和北美鳳仙花時(shí),發(fā)現(xiàn)了一件非常有趣的事情。
當(dāng)這些植物的幼苗從同一個(gè)果實(shí)里長(zhǎng)出來(lái),它們會(huì)像好朋友一樣,互相分享土地上的空間,誰(shuí)也不搶誰(shuí)的地盤。但如果是不同果實(shí)里的幼苗相遇,它們會(huì)像競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手一樣,爭(zhēng)搶陽(yáng)光和營(yíng)養(yǎng),誰(shuí)也不讓誰(shuí)。
鳳仙花的幼苗更聰明,它們能根據(jù)根系的識(shí)別結(jié)果,調(diào)整地上莖和葉的生長(zhǎng)狀態(tài),進(jìn)而調(diào)整自身的生長(zhǎng)情況。如果是兄弟姐妹,就友好相處,不互相干擾。但如果遇到的是沒有血緣關(guān)系的陌生幼苗,鳳仙花幼苗就會(huì)努力生長(zhǎng),霸占更多的陽(yáng)光。
直到現(xiàn)在,植物如何辨認(rèn)親緣關(guān)系仍然是一個(gè)未解之謎。但隨著科學(xué)研究的不斷深入,當(dāng)我們破解這個(gè)謎題之后,就能讓花園里的幼苗更好地互幫互助了。