在过去的几个月里,我一直在思考压力,这不仅是因为我一直在承受截止日期等方面的压力,还因为我撰写了关于该主题的《流行科学》3月刊的封面故事。去年,我写了一篇关于睡眠的类似的文章,这篇文章在这个博客上扩展成了一个系列,探讨了我最常写的生物——即植物、微生物和昆虫——是否也会经历睡眠(或类似的东西)。在写了今年关于压力的庞大故事之后,我决定做一个类似的系列,从植物开始。
那么,植物会感到压力吗?如果会,是什么原因造成的?它们的压力和我们的体验一样吗?研究人员如何利用植物的应激反应来,比如,种植更好的作物或对抗害虫?
当我们想到压力时,我们通常认为它是一件坏事。但实际上,它是我们在这个世界上生存的方式。我们的应激反应帮助我们适应不断变化的环境——这是我们能够对新情况做出反应,从而判断它们是安全还是危险的原因。没有它,我们将无法生存。植物也是如此,它们会受到威胁其健康的各种环境变化(如洪水或干旱)的压力,或者受到会伤害或杀死它们的生物(如病原体和食草昆虫)的威胁。
但与我们有“战或逃”的反应,可以让我们身体为对抗做好准备不同,植物没有这个选项。德克萨斯农工大学的植物病理学家迈克尔·科洛米耶茨说:“与动物、昆虫和人类相比,植物必须以更复杂的方式来应对压力,因为它们被固定在生长的地方,无法逃避遇到的任何压力。”
与人类一样,植物在遇到压力时会经历一系列激素变化。但科洛米耶茨说,与人类不同的是,植物对不同类型的压力源有独特的激素反应。例如,干旱会触发根部产生脱落酸,这有助于关闭称为气孔的微小气孔;这些气孔控制着光合作用期间的气体交换,但当它们张开时,也会蒸发水分。某些真菌的攻击会触发水杨酸,这是一种防御病原体的物质。当植食性动物发动攻击时,许多植物会产生茉莉酸,而茉莉酸又会释放出挥发性化学物质,作为对其他植物的警报信号——例如,刚割过的草的气味。这些信号也可能吸引有益昆虫。
科洛米耶茨说,更好地理解这些反应背后的遗传学原理,可能会带来各种有趣的应用,例如培育或基因工程改造出更能承受压力情况的作物。“一旦我们识别出能驱赶有害昆虫或吸引有益昆虫的挥发物,我们就可以将这些气味施加到果园、作物或天然且持续释放这些所需挥发物的植物上。”
这种方法的一个真正好处是,它可以减少化学农药的使用——这始终是农业中一个重要且棘手的目标。人们还可以想象,经过调整的花园植物可以用来驱赶烦人的蚊子和其他害虫。如果是这样的话:算我一个。
想了解更多?下周请继续收看,了解微生物的压力生活。
延伸阅读:
McGowan,“How plants secretly talk to each other,”Wired,2013年12月20日
Newitz,“The smell of freshly-cut grass is actually a plant distress call,”io9,2010年8月26日