科学家50年来首次解开植物生长之谜

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【新唐人北京时间2021年12月10日讯】科学家形容植物细胞的细胞壁犹如一层“钢筋水泥”外壳一般坚固,但是50年来,一直不明白植物细胞怎样才能撑开这样的结构从而让植物长大。一份新研究第一次展示了生长素(auxin)促进植物细胞生长的神奇过程。

植物的细胞被一层坚固的细胞壁包裹着。这层细胞壁主要由纤维素、半纤维素和果胶这三种物质构成。这项研究的负责人加利福尼亚大学河滨分校(University of California, Riverside,缩写为UCR)的生物学教授杨振标(Zhenbiao Yang,音译)说:“纤维素就像建筑物所用的钢筋一样,提供支撑力,再由半纤维素链进行加固,最后由果胶封住。”

这些物质决定了植物体内各种细胞的形状,有的相当令人震惊,比如叶子表皮细胞,有着像拼图一样的结构。这样的形状促使植物细胞紧密地结合在一起,才能抵挡强风这样的外界因素。可是让植物学家纳闷的是,既然细胞壁把细胞包裹得如此紧密,那细胞如何长大、植物如何生长?

早在半个世纪前科学家提出的理论认为,植物要生长的时候,生长素分子将使植物细胞的酸性增大,松动细胞壁内这些成分之间的结合度,导致细胞壁软化、细胞膨胀长大。杨振标引领的这份研究终于证实了这个理论、揭示了生长素促进细胞生长的具体过程。

研究描述说,生长素创造出酸性物质,能够刺激质子进入细胞壁,降低细胞壁的酸碱值(pH值)。酸性的环境拆解了纤维素和半纤维素之间的连接,使得细胞能够膨胀。

细胞壁注入质子也会使更多的水分进入细胞,增大细胞内的压力。当细胞壁松动到一定程度、细胞内的压力累积到一定程度的时候,细胞就会长大。

“就像一个气球,长得多大是由气球皮的厚度和里面吹进多少气决定的。”杨振标说,“细胞壁酸碱值的降低会导致水分进入细胞,导致细胞内部压力增大,从而膨胀。”

除了这个机制,加利福尼亚大学圣地亚哥分校(University of California, San Diego)的细胞生物学教授马克·埃斯特尔(Mark Estelle)带领的研究者则在研究生长素促进生长的另一个机制:通过开启植物细胞核内的基因表达,从而促进细胞的膨胀和其它控制因素。

埃斯特尔说:“杨振标近期的研究成果对于了解生长素如何控制细胞的长大有了重要的进展。长时间不明白的问题终于有了答案,这太令人高兴了。”

研究称,生长素远不止起到“促进”植物生长的作用,植物生长的各个方面几乎都离不开它,从播种、发芽、分支、长出叶子,到结出果实。甚至连植物怎样应对引力的影响,能够知道让根部向下长、而嫩芽是向上长,都不离开生长素的控制。

杨振标说,了解生长素的作用机制不仅对农业有重要意义,可能对药物研发也有帮助。“对基础生物学的了解,可能对人类健康也有借鉴作用。随着知识的增加,我们可能会发现人体也有类似的机制。”

这份研究10月27日发表于《自然》(Nature)期刊。

(转自大纪元/责任编辑:叶萍)

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