借刀杀虫!蓝莓的拥兵抗敌策略——论植物分泌的原理及应用

借刀杀虫!蓝莓的养兵抗敌策略——浅谈植物泌液作用的原理及应用

你见过清晨一些植物的叶子上出现水滴吗?相信很多人看过都会觉得是露水(包括我!然而,这些整齐排列在叶子边缘的水滴不是露水。一般露水形成的水滴排列是不规则的,它们会覆盖整个叶面。这些水滴,会整齐地排列在叶子的边缘,实际上是植物的内脏产生的。过去,科学家认为分泌功能只是植物用来排出体内多余的水分,但新的研究表明,分泌功能的作用很可能不止于此。

分泌物造成的草莓叶片边缘水滴。图/Wikipedia

植物如何获取水分?

要知道分泌的原因,首先要了解植物是如何获得水分的。

植物用根从土壤中吸收水分。当水进入根部时,它可以被运输到整个植物。以上是我们对植物获得水分的一般认知,但植物获得水分的整个过程其实比我们想象的要复杂得多。

首先,植物会主动消耗能量,在根部积累高浓度的离子,这会在根部和土壤之间产生渗透压,让水分自动流入根部的木质部导管。由于植物的结构,水进入导管后无法从根部流出,所以随着水不断进入根部的导管,会有一种压力将水向上推,这种压力称为“根压”。对于草本植物和小灌木来说,根部的压力足以将水分带到叶子上。而对于高大的木本植物来说,根压不足以把水分送到高处的叶片,要靠“蒸散”和“毛细作用”来输送水分。

植物可以通过叶片上的气孔进行气体交换,气孔也可以让植物的水分蒸发。这种蒸发会产生负压,从而吸引导管中的水。只要导管中的水柱是连续的,这种负压就可以从叶片传递到根部,导管中的水就可以从根部被拉向叶片。另外,由于管径很小,毛细作用也是使水柱上升的重要因素。毛细作用有两个来源,一个是水分子与管壁之间的粘附力;第二,是水分子本身的表面张力(源于水分子的内聚力)。当水分子被管壁上的极性分子向上吸引,向上流动时,管内的水就会被水分子自身的强大内聚力向上拉。

对于高大木本植物来说,蒸散是植物吸收水分的重要因素。虽然草本植物可以通过根压来运输水分,但草本植物也通过蒸散来调节水分运输。此外,蒸散也是植物调节体温,排除体内多余水分的一种方法。

植物获得水分的三个关键:根压、毛细作用和蒸散。图/迁徙流

「泌液作用」的成因

讲述了植物获取水分的方法,那么分泌物对植物起着什么样的作用呢?答案是去除多余的水分。

前面说过,植物会通过蒸散来排除体内多余的水分,但是植物在夜间会关闭大部分的气孔,所以蒸散的效率会大大降低。植物的根部在夜间会继续吸收水分,但正常情况下,夜间残留的气孔所造成的蒸散足以排出多余的水分。但如果植物处于土壤水分高、温度湿度低的环境中(在这种环境中,水很难转化为水蒸气),仅靠残存的气孔引起的蒸散无法排出多余的水分。所以在这种情况下,植物会通过分泌物直接将多余的水分从叶片的孔道中排出,这些水分就会形成我们早上在叶片边缘看到的水滴。

叶片的渗出孔结构。图/Guttate-一种自然现象:生产重组蛋白的有用培养基大多数科学家认为分泌只是植物排出体内多余水分的一种方式,没什么特别的。虽然过去观察到许多昆虫会吮吸分泌物形成的小水滴,但许多科学家认为这些昆虫只是在补充水分。但后续研究发现,叶片的分泌孔和维管束的结构是连在一起的。因此,有研究人员推测,通过分泌排出的水滴中可能含有维管束运输的其他物质,如矿物质、糖和蛋白质等。因此,来自西班牙和美国的联合小组推测,分泌产生的水滴也可能是昆虫的食物来源。

00-1010研究小组选择的观测植物是伞房越橘,因为这种越橘在整个生长期分泌非常旺盛,昼夜都会形成水滴。另外,昆虫也非常喜欢蓝莓的分泌物,很多种昆虫都会喝,非常方便研究团队观察。

蓝莓汁很受昆虫的欢迎。图/

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