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New Phytologist | 植物王国的触觉奥秘：揭秘机械刺激下的自然反应

花匠小妙招
2024-12-18 01:20

对机械刺激的感知和反应可能在细胞和有机体水平上至关重要。植物精致而令人印象深刻的触摸反应激发了人们的想象力，因为这种行为对于通常静止的生物来说是意想不到的。触摸反应可以将植物变成对动物的攻击者，捕获并吞噬它们，并使花朵能够活跃地确保异花授粉和芽爬到阳光照射的高度。形态发生还受到机械扰动的影响，包括动态环境刺激（例如风）和恒定力（例如重力）。即使是单个细胞也必须感知膨胀和壁的完整性，并且亚细胞细胞器可以响应机械扰动而移位。信号分子和激素，包括细胞内钙、活性氧、十八烷和乙烯与触摸反应有关。值得注意的是，触摸诱导的基因表达非常普遍。超过2.5%拟南芥基因在触摸刺激植物中迅速上调。其中许多基因编码钙结合蛋白、细胞壁修饰蛋白、防御蛋白、转录因子和激酶蛋白。以这些基因为工具，分子遗传学方法可以阐明触觉、信号转导和反应调节的机制。

文章主要讨论了植物对机械刺激的感知和反应，这是植物在细胞和个体水平上可能至关重要的特性。文章的主要内容可以概括为以下几个部分：

引言：讨论了植物对机械干扰的反应是其行为的一个基本特征。即使是非专业的植物也能感知和响应机械力。快速而迷人的反应 - 触觉运动和向触性：描述了植物对触碰的快速反应，例如食肉植物的捕获机制和含羞草的叶子闭合。特别提到了捕蝇草（Venus’ Flytrap）和茅膏菜（Drosera）的触觉反应。

图1Dionaea muscipula（维纳斯捕蝇草）。(a) 潜在的猎物靠近开放的陷阱。(b) 陷阱的特写镜头，显示触发毛。(c) 交错的尖齿在陷阱关闭的第一阶段捕获猎物

图2茅膏菜（茅膏菜）。(a)马达加斯加石竹的张开和折叠的布满触手的叶子。(b) 粘液覆盖的触手尖端的特写。(c) 在触摸刺激之前打开叶子。(d) 触摸刺激后叶子折叠

图3狸藻（狸藻）。(a) 大量的U. foliosa膀胱陷阱。(b) U. infata侧视图，在活板门右侧可见触手。

图4含羞草（敏感植物）。(a)含羞草的双复叶在刺激前张开。(b) 触摸刺激后小叶的折叠。

图5Ficus costaricensis（绞杀无花果）。绞杀无花果根围绕寄主树干。

图6雄性卡塔塞兰花在触发花粉囊释放之前和之后开花。(a) 花粉囊固定在尖头的花药帽内。(b) 当扳机被触动时，粘性花粉囊就会向入侵者发射。亚细胞水平的触觉诱导运动：讨论了在受到机械刺激的细胞中，亚细胞结构如何移动。触觉形态发生：描述了植物如何通过缓慢的形态变化响应持续的机械刺激。

图7重复的触摸刺激会导致拟南芥开花延迟并抑制花序伸长。右边的植物每天被触摸两次；左边的植物是未经处理的对照。拟南芥TCH基因的发现：讨论了TCH基因的发现，这些基因在植物受到触碰刺激时表达量显著增加。微阵列鉴定的触碰诱导基因：使用微阵列技术鉴定了对触碰有反应的基因。TCH基因表达的调控：讨论了TCH基因表达如何受到调控。

文章强调了植物对触碰刺激的广泛反应，以及这些反应背后的分子机制。研究植物的触觉反应对于理解植物的生长、发育和环境适应具有重要意义。

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