(健康知识）没有神经也能迅速反应，科学家首次看清植物防御过程

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从草履虫游泳到肉汁，远离盐水，到脊椎动物中枢神经系统中整合感知和反应的复杂信号网络，是生物感受外界环境刺激，对不同刺激产生不同反应的能力。

植物和动物的神经系统一样，也有一个信号传递系统:如果一片叶子受伤了，植物的其他部分会迅速引发防御反应。植物生理学家早就观察到，受伤的叶子会发生电化学变化，这种变化会扩散到整个植物。但是没有人确切知道这种电荷变化是如何触发的，以及它是如何在植物中传播的。

现在，科学家利用表达特殊荧光蛋白的拟南芥，清晰地看到植物防御系统对毛虫取食和剪毛反应的过程。

实验表明电荷变化是由谷氨酸受体样蛋白家族(grl-family)触发的。谷氨酸是植物重要的损伤信号，谷氨酸受体样蛋白家族起着植物损伤受体的作用，可以诱导植物细胞内钙浓度的升高。

▲荧光蛋白标记钙离子浓度增加的区域，颜色越亮浓度越高。

伤害信号是如何在植物中传播的？损伤后短时间内，钙离子浓度的变化可以扩散到远处的器官，并在那里诱发防御反应。上图就是这个过程。图A中的虚线框是一只吃拟南芥叶子的毛虫。从左到右可以直观的看到，毛毛虫吃的叶子首先发出荧光，在1分钟的短时间内，荧光迅速扩散到远端的其他叶子。这些荧光信号在植物的维管系统中特别明显。在图B中，损伤信号是由剪刀切割的刀片(l1)产生的，并在同样短的时间内传递到远端刀片(l5，l6)，证明这种损伤信号不能特异性识别草食动物的化学气味。

本研究发现了植物损伤信号的产生和扩散之间的关系:谷氨酸受体蛋白。在哺乳动物中，谷氨酸是一种在突触间短距离内起作用的神经递质，谷氨酸受体在兴奋性神经信号的快速传递中起着关键作用。然而，研究表明，谷氨酸在植物防御系统中的作用比哺乳动物的神经递质更重要。

▲荧光蛋白标记谷氨酸浓度升高的区域，颜色越亮浓度越高。

这项研究也提出了一个新的问题:植物没有神经系统，那么谷氨酸是如何诱导钙浓度的变化进行远距离传导的呢？图中荧光标记的谷氨酸首先在损伤部位信号最强，然后离开损伤的叶片，沿着血管系统延伸。基于此，科学家提出了植物的胞间连丝和维管系统可能在其中起重要作用的假说。但真相是什么，还需要后续研究继续探索。

来源:全球科学

刘，编委值班

值班军官陈少峰

值班编辑赖