誰來叫小草起床

誰來叫小草起床

史 軍

春天的清晨，我很不情愿地壓下叮叮作響的鬧鐘，一天的工作生活就此展開。窗外，枝頭的綠芽彈出了頭，小草也頂開了被春雨潤濕的土層，迎春花早就迫不及待地用黃色的花瓣來迎接春天了，自然界全然沒有了冬日的蕭索。那又是誰把這些花花草草們喚醒，來參加這春日的聚會呢?

花的低溫開關

都說春風吹綠了小麥，細雨喚醒了桃花，實際情況并非如此。在春風細雨敲門之前，西北風和雪花已經去叫它們起床了。西北風叫早?對，沒錯，是西北風。

對于像小麥、桃樹這些生長在溫帶的植物來說，春天開花的好處顯而易見：可以延長果實和種子的發育時間，在嚴寒到來之前，完成繁育下一代的任務。當然，在這個過程中，還有大量進行光合作用的綠葉為其提供營養保障。試想一下，如果蘋果樹在秋天開花，幼小的果子恐怕會被霜凍趕下枝頭。

為此，這些植物“設計”出了一個特別的開關——FLC基因，這一基因及其表達的蛋白質的任務就是阻止赤霉素的積累，而赤霉素正是促進花芽發育的關鍵物質。這樣，基因就可以限制植物開花了。

當溫度降低時，植物中的某些特殊的基因蘇醒過來(注意，并不是編碼赤霉素基因，它們平常因為結合著甲基基團而處于休眠狀態)，這些基因的表達產物會“束縛”FLC基因的手腳，使FLC基因暫時失去對赤霉素合成途徑的掌控能力，這樣，赤霉素工廠開始生產了。當然，這個關閉過程需要足夠長的時間，才能生產出足夠量的赤霉素以及其他促進開花的物質，比如，冬小麥要在0～3℃的環境里。忍受40～45天的冰凍，才能抽穗開花。這之后，冬天最嚴寒的時間也過去了，做好準備的花朵就可以在春風中綻放了。因為跟春暖花開有關，這個過程被安上了“春化作用”的名頭。

有讀者可能會想，在漫長的冬季中，只有一個月左右的保險時間，如果在這段低溫之后，突然出現“小陽春”，這些植物還不得頂著西北風開花啊，這個問題植物也想到了。

開花看日照長短

除了氣溫一天天上升，春天的日照時間也在一天天加長。聰明的植物也懂得在白天足夠長的時候才開花。對于小麥來說，當太陽每天在天空中游蕩超過14個小時的天數超過20天，它們才會啟動開花程序。

更有意思的是，“感覺”光照時間變化的并不是花芽本身，而是那些綠油油的葉片。在葉片中有一種被稱為FT的基因，只有葉片每天享受足夠時長的“日光浴”，這個基因才會開始工作，產生作為催促花芽發育信號的信使核糖核酸(mRNA)。這些信使核糖核酸會被運送至莖尖部位，與掌管花發育的APl基因(掌控花萼和花瓣形成的基因)共同作用，進而分化出美麗的花朵。

順便說一下，信使核糖核酸通常是細胞內的通訊工具，但是很容易被降解。所以，在葉片中由FT基因指導合成的mRNA是如何被搬運到花芽去的，一直是困擾科學家的一大難題。根據最新的研究，這些信使核糖核酸從葉片進入韌皮部后，會與特殊的蛋白質親密接觸，形成復合體，進而在蛋白質的護衛下，順利前往莖尖。

當然，并不是所有的FT基因都在長時間日照下工作，像菊花那樣在秋天開花的植物，它們的FT基因就是在光照時間低于某個值時才工作的。所以，植物才會分成了長日照植物和短日照植物兩大集團。

經過一天的工作，吃罷飯，洗漱完，看看時鐘已經指向12點了，該結束這一天了。

花花草草們經歷了春日的成長和開花，夏日果實的孕育，秋日的碩果累累，寒風吹起之時，它們也要結束一年的工作休息了。那么又是誰讓它們休息的呢?

落葉還要看日照長短

大家都覺得是低溫讓植物落葉睡覺的，這可不是個保險的招數。在低溫來時再落葉，恐怕會被凍成冰雕了。別忘了，聰明的植物可是看光時鐘的，所以能早早地走在西北風的前面。掌控這個時鐘的，就是細胞間隙中的鈣離子。當日照變短時，這些鈣離子會鉆進細胞與掌管細胞生命活動的關鍵的酶和蛋白質結合起來，從而強制它們休息。這樣一來，整株植物體都休息了。并且，這個過程與溫度幾乎無關。在針對楊樹的試驗中，科學家發現，只要保證光照時間，即使溫度順次降低，楊樹葉也不會脫落；相反，如果光照時間逐漸縮短，即使有恒定的溫濕度條件，楊樹也照樣休息。

補充說明一點，除了長周期的光調控，有些植物的花朵還會對光線作出敏感反應，除了扭動脖子的向日葵，還有晝開夜合的時鐘花。這種花朵在早晨開放，黃昏關閉，之所以如此，一方面有利于昆蟲傳粉，另一方面也阻止了那些偷盜花粉花蜜的小動物搞小動作。不過其開放和關閉的控制機理仍然是個謎，等待人們去探索。

讓種子沉睡的物質

除了片片黃葉落下，植物也撒出了一年的結晶——種子。面對將要到來的寒冬，越冬的最好辦法是讓它們好好睡上一覺。致密的種皮，就像一個密封艙，把幼小的植物——胚裹得嚴嚴實實，二氧化碳出不去，氧氣也難以進來。不過，很多種子中，胚并沒有裝得滿滿的，還為其伸展提供了一點空間，比如山茱萸的種子在剛剛收獲時，胚只有種子長度的1/2到1/3，只有當胚長到足夠大時，才能頂開種皮萌發出來，這也算得上是個簡單的發芽時鐘了。

植物不僅僅有機械式的時鐘，很多植物的種子上以及包裹種子的果皮中還準備了化學時鐘，讓種子休眠的物質——脫落酸(ABA)。這種物質可以保證果實，只有經歷過雨季大量雨水的洗刷，休眠物質濃度降低到一定程度，種子才能發芽生長。

除了種皮上的化學物質，幾乎所有的種胚中也都含有脫離酸，這些物質或者需要經過低溫處理，或者需要經過高溫處理才能被降解掉，而處理過程結束的時候，恰恰就迎來了最適合幼苗生長的好天氣。

人工撥動植物的生物鐘

億萬年來，植物都在踩著光和熱的鐘點自我生長繁衍，可是人類的出現打破了它們的常規線路。為了獲取更多的糧食，為了在寒冬季節看到春日的花朵，抑或是為了讓種子快速萌發以加快育種速度，人們開始撥弄植物的生物鐘。

春小麥的低溫處理，大概是最經典的人為調整植物生物鐘的案例了。前面說過，小麥必須經過低溫，才能誘導花芽的發育，進而抽穗、開花、結籽。而在春小麥播種之時，寒冬早已過去，不經歷低溫，它們又如何開花呢?聰明的農學家早就發現了低溫的玄妙，并且，低溫處理種子的效果同麥苗在自然界中經受低溫處理的效果是相同的，也就是說，經歷過低溫的種子在發芽時，已經攜帶了開花必須具備的赤霉素等物質。別小看這一點，正是它讓小麥的種植區域擴展到那些冬季氣溫在零下數十度、冬小麥無法越冬的廣大地方，大大增加了糧食產量。

同樣的低溫開關的控制工作，還發生在牡丹身上。也正是由于對低溫開關的深入了解，才讓我們在春節之時，可以欣賞到雍容華貴的牡丹花。人們把在4℃左右處理6周的牡丹挪進溫室，并在花蕾上涂抹赤霉素，這樣就撥動了牡丹的“時鐘”，讓它們在春天到來之前就蘇醒過來綻放出艷麗的花朵。

若想讓菊花提前開放，則要調整光周期時鐘了。對于這種短日照植物，只要把光照時間控制在一定水平之下，菊花也可以在夏日綻放。不過，個人總覺得，本應代表季節的各式花朵，在人類的指揮下似乎全然沒有了時間的概念。

在億萬年進化歷程中形成的花花草草的時鐘，比我們的手機時鐘要復雜得多，也正是這些復雜的系統讓我們感受到了春天的希望，夏天的茁壯，秋天的豐碩和冬日的寧靜。科學家正試圖用基因手段來完全控制植物萌發、生長、繁殖和休眠的進程，這種隨意撥動時鐘的行為究竟是好是壞，只能讓時間來檢驗了。

(責任編輯 趙 菲)