植物的生物鐘

植物的生物鐘摘要：在南非有一種大葉樹，它的葉子每隔兩小時(shí)就翻動(dòng)一次，因此當(dāng)?shù)鼐用穹Q其為“活樹鐘”；在南美洲的阿根廷，有一種野花能報(bào)時(shí)，每到初夏晚上8點(diǎn)左右便紛紛開放，被稱為“花鐘”；牽牛花一定要在清晨開，葫蘆和夜來(lái)香的花一定要在晚上開，另外還有許多種花也在特定的時(shí)間開放。植物的這些生理現(xiàn)象并非偶然，而是由植物體內(nèi)的“生物鐘”所控制的，生物鐘其實(shí)指的就是植物體本身的生物節(jié)律現(xiàn)象。關(guān)鍵詞：植物生物鐘，花鐘，生物節(jié)律，生物鐘基因?植物生物鐘的發(fā)現(xiàn)很早以前就有對(duì)植物生物鐘的研究，而且生物鐘的最早證據(jù)也來(lái)源于植物。達(dá)爾文在他寫的《物種起源》一書中，就已經(jīng)研究記載了醡漿草的休眠運(yùn)動(dòng)。醡漿草跟許多豆科植物一樣，都是夜間變更葉子方向的植物它們的葉子白天展開，夜間就閉合垂直向下，達(dá)爾文發(fā)現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)按規(guī)律晝夜發(fā)生。到了19世紀(jì)，一些科學(xué)家把醡漿草放在黑暗的小室里，結(jié)果它們還是按時(shí)展閉葉子，其生物鐘并未受外界條件干擾。但是真正發(fā)現(xiàn)植物生理節(jié)律的最早要算瑞典植物學(xué)家林奈，他在植物研究中觀察到一些植物的花的開閉具有波動(dòng)性。他把46中具有波動(dòng)習(xí)性的植物分為3組：一組是大氣花，其開放和閉合受大氣條件而變；另一組是熱帶花，它們隨光照條件變化；還有一組花定時(shí)開放與閉合，不受晝夜條件影響。他將最后一組花栽培在花盆里，然后按開花早晚的順序擺放在自己書桌上，成為了較原始的有趣的花鐘。隨著科學(xué)家對(duì)植物生物鐘的進(jìn)一步研究，其作用機(jī)制也越來(lái)越明了，到目前已經(jīng)進(jìn)入了分子水平的研究。?自然界普遍存在的植物生物鐘、花鐘在我們的周圍，普遍存在著植物節(jié)律現(xiàn)象，例如人們所熟知的扁豆、合歡草、含羞草等植物的葉子，白天呈水平狀展開，夜間則垂向下方，同時(shí)小葉閉合。如果把這類植物放在一定溫度的暗室里，這時(shí)盡管沒有了晝夜之分，但是它們的葉子仍然大致以一天為一個(gè)周期，不斷地上下運(yùn)動(dòng)著，這種周期性的運(yùn)動(dòng)，顯然是由植物本身內(nèi)在的節(jié)律性造成的。特別是在一些花的開放和閉合的時(shí)間上，很好的體現(xiàn)了植物“生物鐘”的規(guī)律，它們似乎在告訴人們一天的時(shí)間。淡雅的蒲公英大約在早晨5時(shí)開花，幾個(gè)世紀(jì)來(lái)被人叫做“牧人鐘”，伯利恒之星大約在11時(shí)左右開花，博得了“11點(diǎn)公主”的美稱；草地婆羅門參清晨4時(shí)開花，到正午時(shí)閉合，被稱為“約翰午休”。到了黃昏時(shí)分，待宵草、亞馬遜王蓮相繼開放；月亮花在晚上10時(shí)悄悄展開花瓣，夜香仙人掌直到午夜才展露花的芳姿。在我國(guó)，蛇麻花凌晨（約3點(diǎn)鐘）首先開花，大約4點(diǎn)鐘，牽牛花的大喇叭也跟著張開了；然后野薔薇花開（大約5點(diǎn)鐘），龍葵花開放（大約6點(diǎn)鐘）；接下去是美麗幽雅的郁金香（大約7點(diǎn)30分鐘）和半枝蓮（約10點(diǎn)鐘）、大爪草（約11點(diǎn)鐘）盛開，午時(shí)花（約12點(diǎn)鐘）迎著烈日怒放。正午過后，萬(wàn)壽菊花開（約15點(diǎn)鐘）、紫茉莉（約17點(diǎn)鐘）添香，煙草花（約18點(diǎn)鐘）綻開。夜晚降臨，月光花（約19點(diǎn)鐘）吐蕊，待宵草（約20點(diǎn)鐘）破蕾，迎接著黎明的到來(lái)。植物的花按不同時(shí)間有規(guī)律的開放與閉合，人們把這一現(xiàn)象稱為“花鐘”現(xiàn)象，并把不同的時(shí)間開放的花擺放成一個(gè)鐘表形狀，既美觀又有鐘表的功能。花序按序開放也許是為了吸引不同時(shí)間活動(dòng)的傳粉者，如白天開花的植物吸引蜜蜂、蝴蝶和小鳥；夜間開花的植物吸引飛蛾和蝙蝠?！盎ㄧ姟彪m然很有趣，但是“報(bào)告”時(shí)間可能有誤差。因?yàn)橹参镩_花除了有一定的時(shí)間外，還受到地區(qū)、溫差和氣候等條件的影響，同一種花，在我國(guó)南方開得早一些，而在北方就會(huì)遲一些。植物的生物鐘除了可以控制花的開放與閉合外，還控制植物的香味和花蜜的產(chǎn)生，樹根液汁的分泌，樹葉的休眠等的生物化學(xué)活性。植物生物鐘的作用機(jī)理自然界中，從單細(xì)胞生物到高等動(dòng)植物均存在著按照一定規(guī)律運(yùn)行的、周期性的生命活動(dòng)現(xiàn)象，這種生命活動(dòng)現(xiàn)象被稱為生物節(jié)律。生物節(jié)律是以生命活動(dòng)24小時(shí)為周期的內(nèi)在周期性節(jié)律。早在世界上第一個(gè)單細(xì)胞生物出現(xiàn)以前，地球已經(jīng)自轉(zhuǎn)了大約20億年，為了適應(yīng)這種晝夜環(huán)境周期性的變化，地球上的許多生物體內(nèi)發(fā)育分化出一個(gè)特殊的器官——生物鐘，用以協(xié)調(diào)各種不同組織與器官的晝夜節(jié)律。它包括輸入系統(tǒng)，核心節(jié)律系統(tǒng)及輸出系統(tǒng)。無(wú)論是植物還是動(dòng)物在發(fā)育、行為、生理、代謝等生命活動(dòng)的各個(gè)層面都受到生物鐘的調(diào)控。過去的研究證實(shí)在植物中光感受器具有感知光線，聯(lián)系生物鐘的重要作用。然而目前科學(xué)家們對(duì)于光感受器與中央晝夜節(jié)律振蕩器之間光信號(hào)傳導(dǎo)的機(jī)制，以及日間光信號(hào)形成并維持生物鐘基因節(jié)律性表達(dá)模式的機(jī)制并不清楚。研究人員以擬南芥（Arabidopsis）作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，證實(shí)植物色素A信號(hào)通路的三個(gè)正調(diào)控蛋白FHY3,FAR1和HY5可與ELF4基因（被認(rèn)為是中央振蕩器的組成部分）的啟動(dòng)子直接結(jié)合，并在日間激活它的表達(dá)。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)晝夜節(jié)律控制的CCA1和LHY蛋白可在黎明時(shí)通過與這些轉(zhuǎn)錄促進(jìn)因子的物理相互作用抑制ELF4的表達(dá)。新研究發(fā)現(xiàn)證實(shí)一些光調(diào)控和晝夜節(jié)律調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子通過直接協(xié)同作用于ELF4啟動(dòng)子調(diào)控了它的周期性表達(dá)，并建立了一個(gè)連接環(huán)境晝夜循環(huán)與中央振蕩器的潛在分子聯(lián)系。在擬南芥和水稻中，CO(CONSTANS)基因位于生物鐘的輸出途徑，是生物鐘和開花時(shí)間基因之間監(jiān)測(cè)日照長(zhǎng)度的重要元件，它可以整合光信號(hào)和生物鐘信號(hào)，節(jié)律性地激FLOWERINGLOCUST(FT)的表達(dá)，從而誘導(dǎo)開花。但是高等植物生物鐘研究目前處于嘗試建模大規(guī)?？寺『凸δ芊治鲞^程中,研究發(fā)現(xiàn)所有已知生物鐘機(jī)制都包括一負(fù)反饋的基因環(huán),涉及所有器官中的正負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子水平的近24h節(jié)律。各種反饋以及各種因素之間的聯(lián)系尚且不是太了解，現(xiàn)在仍然是懸而未決的問題，這還有待于生物學(xué)家和化學(xué)家攜手揭開此中奧秘。植物生物種的研究意義及應(yīng)用價(jià)值生物鐘對(duì)生物體起定時(shí)器的作用。植物及其他生物靠生物鐘的節(jié)奏調(diào)節(jié)它的生理活動(dòng)，使之在一天中適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)進(jìn)行。此外，四季中每日日長(zhǎng)加長(zhǎng)或縮短,使生物鐘的相位改變，植物由此識(shí)別季節(jié),從而使生理變化適合于該季節(jié)，例如從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)向生殖生長(zhǎng)(花芽分化)，或落葉、休眠，迎接冬天來(lái)臨。研究植物的生物鐘，有助于我們了解其發(fā)生機(jī)制，從而更好的利用于人類的生產(chǎn)實(shí)踐中去。例如更好的培育經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的作物、花卉；通過植物的生物節(jié)律了解大自然的規(guī)律現(xiàn)象；制作花鐘作園林欣賞；在疾病，農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用等等。總結(jié)與思考：不同植物在億萬(wàn)年適應(yīng)環(huán)境的過程中依靠生物節(jié)律與環(huán)境周期保持同步，經(jīng)自然選擇被保存下來(lái)使生物在地球上得以生存和發(fā)展。生物鐘機(jī)制的出現(xiàn)讓植物能夠適應(yīng)各種變化存活下來(lái)，并組成了豐富的植物世界。通過對(duì)生物鐘的研究，我們進(jìn)一步的了解了植物的節(jié)律現(xiàn)象并且以此來(lái)得益于我們的生活。但是隨著研究的越來(lái)越多，現(xiàn)在已經(jīng)處于研究的瓶頸期，為了進(jìn)一步的了解它，還需要做大量的實(shí)驗(yàn)和研究，在反復(fù)中求真理。但是所謂的節(jié)律從來(lái)就不是機(jī)械的，它會(huì)隨著其他因素的干擾而出現(xiàn)明顯差別，故我們不應(yīng)該把一切都?xì)w結(jié)于生物鐘的作用，關(guān)注它是為了更好的指導(dǎo)我們生活。世界上沒有絕對(duì)的得事物，或許在今后的研究中我們除了對(duì)其機(jī)理的研究外，也可以試圖研究它的存在的演替性和缺陷性的方面，畢竟世界是我們無(wú)法真正掌握的，從而用一個(gè)更好的方法去了解我們的世界。參考文獻(xiàn)門中華,李生秀；《植物生物節(jié)律性研究進(jìn)展》；《生物學(xué)雜志》第26卷樊麗娜,鄧海華,齊永文；《