我们都曾感受过我们的昼夜节律与我们习惯的节律略有不同所带来的不适——也许是在一个特别熬夜的夜晚之后，或者是一次将我们带入新时区的飞行之后。我们都知道需要一些时间才能回到我们原来的睡眠、饮食甚至排尿时间表。
但人们并非唯一拥有内部时钟的生物——植物也有。根据一项由英国和比利时研究人员进行的新研究，了解它们的节律可以使我们的食物系统长远来看更具可持续性和生产力。随着气候变化、人口增长以及对更具韧性和可持续性的食物的需求增加，重新思考农业运作方式对于一个可持续且没有饥饿的世界至关重要。
研究人员认为，现在是时候加强研究，将我们已知的关于植物昼夜节律的知识转化为一种简单、经济且易于实施的方法，以提高全球农场的产量并促进可持续性。
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研究发现，植物的细胞时钟可以控制近 30% 的植物基因表达。这意味着我们越了解它们的内部时间表，就越有可能利用它们来提高粮食产量、减少农药使用量，并找到使某些作物更能抵抗气候变化的方法。
植物的昼夜节律是如何工作的
剑桥大学植物生物学家、首席作者亚历克斯·韦伯 (Alex Webb) 表示，就人类的昼夜节律而言，大部分校准发生在脑部的数千个细胞中。但当然，植物可以说没有大脑，所以它们的每一个细胞都有一个独立的时钟，控制着何时打开气孔以吸收二氧化碳，何时启动光合作用机制，以及日落后何时“关门”。
早在 18 世纪，科学家们就注意到植物如何以24 小时的周期移动它们的叶子，即使在全天候光照的条件下。韦伯说：“这是在任何生物体中关于自由运行钟的第一个证明。”如今，研究人员可以通过延迟荧光成像等方法来精确测量昼夜节律周期持续多久，从而了解几乎所有你能想到的植物的内部时钟，包括小麦等作物。
在过去的几十年里，越来越多的研究旨在了解植物的昼夜节律如何影响其大小、光合作用以及糖的生成和利用。所有这些，再加上应对寒冷天气和病虫害，都归结为几种主要的植物共有的基因。
即使在我们完全理解植物昼夜节律的工作原理之前，我们有时就已经在意外地对其进行重新工程改造了。例如，在番茄方面，北美的农民可能无意中为其作物培育出了比其原产地南美洲番茄稍慢的昼夜节律。因此，如果农业仅仅通过反复试验就已经摸索出了这么多，那么考虑到科学的进步，今天利用这些内部时钟的潜力要大得多。
韦伯说：“过去 25 年在这个领域的工作都是关于基础生物学——而我们现在正处于理解主要作物生物学的阶段。”
可持续性如何发挥作用
虽然人类大致弄清楚了我们的睡眠时间表应该是什么样子，但对于植物来说，这一点并不容易。无论是你桌上的虎皮兰还是农场里的小麦田，很多时候我们给这些植物浇水，更多的是考虑对我们来说是否方便，而不是植物真正需要什么。
英国厄尔汉姆研究所昼夜节律生物学研究员汉娜·里斯 (Hannah Rees) 表示：“了解哪些过程在植物体内受到控制，将对农民何时进行特定作物施肥产生巨大影响。”
在2019 年发表的一项研究中，约翰·英尼斯中心的植物生物学家安东尼·多德 (Anthony Dodd) 及其合著者发现，当根据其昼夜节律施用时，拟南芥（Arabidopsis thaliana）在早晨对除草剂更敏感，这意味着在这段时间里少量除草剂就能起到很大的作用。
多德说：“我们认为，通过了解时钟如何影响植物的反应，可以使我们减少喷洒在它们身上的化学品用量，从而为农民节省金钱和时间。这也会减少进入环境的化学品总量。”
从这个角度来看，这非常合乎逻辑。早晨施用除草剂，这时植物正积极准备防御清晨的害虫，会比晚上施用更有效，因为晚上同样的害虫可能不是大问题。
韦伯补充说，理论上，研究人员可以对几乎任何作物及其需求——水、肥料等——进行此类研究，以精确确定每种物质应施用多少。在一个70% 的淡水用于农业，并且过量使用肥料和农药造成严重环境危害的世界里，削减这些资源的利用量对于提高可持续性至关重要。
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韦伯说，垂直农业的普及也使得种植者更能调控作物环境变化的发生时间、地点和幅度。就像我们无意中培育出了昼夜节律较慢的番茄一样，弄清楚植物昼夜节律的差异可以帮助它们在不同的海拔、气候甚至专门的室内设施中生长，从而以更少的浪费产出更高的产量。
在人们能够说出遵循昼夜节律对农业有多大影响之前，还有很多工作要做。但在可持续技术和思维正从个人层面转向行业层面的世界里，一种仅仅遵循我们想要种植的生命自然秩序的潜在技术，确实值得称道。这一切只需要我们改变自己的时钟。
