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高等植物体内电信号存在的普遍性及其生理效应

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高等植物体内电信号存在的普遍性及其生理效应任海云王学臣娄成后（北京农业大学生物学院，北京100094）在认真阅读了一系列由不同的作者（比卡德1973年，西蒙斯1981年，罗布林1985年，戴维斯1987年, 娄 1991年）关于植物电信号的文章，我们确信这种植物电信号是普遍存在的。

一般情况下，我们将植物对刺激的电反应分为两种：一种是对于非伤害性局部刺激的动作电位（AP）传输响应，如冷热变化，另一种是对于伤害性刺激的变异电位（VP）传输响应，如割伤或一种更有效的方式，局部烧伤。

它们之间的差异主要在于它们的波形和传输速率和范围：AP传输时速度更快，而且传输往往限制在一个有限的区域（如单叶），电位以一个尖峰的形式传输;而VP传输时速度相对较慢，传输距离相对较长，且以一种不规则的高电平的形式传输，其幅度和持续时间随着信号的刺激强度的降低而降低。

此外，过强的伤害性刺激会引起AP和AP的同时传输，而其中动作电位引导整个传输波形。

在敏感植物（比卡德1973，Van Sambeek 1976，Abe 1981,西蒙斯 1981）和非敏感植物（娄等1959，比卡德1973，Stolarek等1980，Zawadzki 1980）中，动作电位可能被光，冷热，化学反应，电激和伤害等诱发。

动作电位在植物运动时表现的更明显，如含羞草的叶片下垂和捕蝇草捕蝇器裂片的闭合。

尽管动作电位在非敏感性植物中的作用一直被怀疑，但是大量的证据支持动作电位和生理反应之间存在联系。

在早期研究调查,葫芦和菜豆叶片抖动时，动作电位紧接着沿着茎传输，此时二氧化碳的交换速度也随之提高。

同时欧洲百合和两种角蒿在传播花粉后子房呼吸作用增加，单一动作电位的传输速率下降(Piekard1973)。

Shiina和Tazawa(1986)发现,一个动作电位传递到最上节间时，丝瓜的伸长作用下降。

这些发现表明,存在这样一种可能性，动作电位在非敏感性的植物所起到的作用类似信号在敏感性植物中的作用。

变异电位，在文章提到的动作电位之前或者伴随着动作电位，通过伤害性刺激几乎在每种植物都可以诱发（Van Sambeek和Piekard 1976a，罗布林1985，梁1987）。

实验室实验结果表明，大多数变异电位的传输电波之前都有一个典型的动作电位。

该动作电位尖峰的振幅范围从20mV到70mV，而变异电位的振幅在15mV的和60mV的之间。

并且，动作电位振幅达到最大所需的时间为20～90秒，而变异电位所需的时间为2.5～7.0分钟。

振幅再返回到其基值时所需的时间为15～60分钟。

该电波在植物体内传播可以达到每毫秒0.8～10米（梁1987）。

如果有一个生理块由缠绕的棉片制作而成时，而该棉片浸泡有FAA（福尔马林- 乙酸- 醇），并且通过一些分片的茎固定时，EW （AP和VP）传输可以不通过茎干（1990 Ren）。

这一发现表明，无论VP或AP，其传导组织的生命活动中涉及EW传输，并且其结果与一般的观点不一致，而一般观点是该变异电位的传输是由特定化学物质运动而带来的被动运动，即所谓的Rieca的因子（Piekard1973 ，Vansambeek和Piekard 1976a ）。

众所周知许多生理过程可以受EW传输影响。

Van Sambeek 和Piekard （1976b）观察到一旦变异电位传到，紧接着二氧化碳输出增加和蒸腾速率降低和光合作用二氧化碳吸收量增加。

他们认为这种现象是与蒸腾作用中蒸汽的运动一致的，正如最初瑞卡在1916 年含羞草实验所报告的(见Piekard 1973)。

此外Ren等人(1990 年)同时测量紫露草幼苗的气体交换和变异电位传输，发现叶片气体交换速率的下降主要是由于有部分气孔已经封闭，结果引起叶片刺激的EW传输。

Frachisse 和Desbiez(1989) 发现芽的生长会受到去极化的电波抑制，该电波是通过刺击被去除叶尖的鬼针子叶诱发的。

Ren(1990) 观察了变异电位传输暂时性流过的几种植物茎和叶的伸长部分。

Wildon等人(1989)表明，对番茄幼苗的小叶进行局部加热，不仅会诱导一种速度远大于在韧皮部时的电活动，同时会促进蛋白酶抑制剂的生产。

他们提出，所观察到的活动是通过传播电反应产生的，而不是通过的局部电信号产生的化学物质引起的.这些观察结果引出了这样一种可能性，即传播电反应可以产生植物生长的远程信号。

人们普遍认为动作电位传输是由细胞间的传导组织（Sibaoka1969，Samijima和Sibaoka1983）内通过胞间连丝相互连接所构成的的继电器实现的。

至于变异电位传输的模式，存在两种可供选择的方式：一种是通过在损伤点释放某种化学物质（Ricca因子）的被动运动所带来的。

该Ricca因子，可以远离损伤点，并且通过植物体内的蒸腾作用所产生的气流沿着血管的完整植物通过蒸腾流点，并会引起变异电位。

另一方面，娄成后等人（1959）首次通过切除旱金莲叶片蒸腾部位导致变异电位传输被抑制，证实了变异电位取决于叶片的生理活动，有点类似于动作电位。

在最近的实验中，选取只有2/5叶序的金莲花作为实验体，该实验证实，如果第一片叶子局部被烧伤，EW将首先出现在第六片叶子以上，表明对EW 主要通过血管系统（Y uan1988）进行传输。

此外，用紫露草细胞内电极的测量表明，EW（由局部烧伤产生）从茎干到叶肉细胞的顺序是从血管透过叶肉，然后通过表皮到达辅助细胞，之后EW就可以轻易沿纵向序列在相同组织内传输。

此实验结果证明了EW传输中有活细胞参与。

虽然我们对于这些电信号在细胞内的放大或接收机制知之甚少，但是我们已经有大量证据表明离子通量的变化与EW传输存在关联。

Vyskrebentseva和Sinyukin（1967）证明了南瓜植株在缺少钾的情况下，动作电位很难被诱发。

也有人声称，可以测量植物在收到某种刺激时从根组织流失的钾离子。

植物在受到刺激时通常会引起动作电位传输，而且会导致钙离子从细胞液消失。

此外，氯离子和钾离子的外排（Hope and Walker 1975, Gradmann and Mummert 1980, Samejima and Sibaoka1980, Abe 1981）和钙离子的涌入（KikuyaMa and Tazawa 1983, Beilby 1984）已经被发现与动作电位有关。

钙离子的内流刺激了氯离子的外排（Lunevesky 1983, Tsutsui 1986），这反过来又导致电流的产生和增大，而氯离子和钾离子的外排又与水外排和压力降低有关（Hope and Walker 1975, Gradmann and Mummert 1980）。

通过解偶联剂DNP而获得的结果表明，变异电位的“电事件”与正离子穿过质膜（Fraehisse 和Desbiez1989）有关。

Yuan（1988）测得在金莲花血管中钾离子和钙离子的浓度。

结果表明，局部烧伤可以提高血管中钾离子和钙离子的浓度，其中钾离子提高3倍，钙离子提高4倍。

试验结果支持了钾离子和钙离子在某种程度上参与了EW在植物传播这一观点。

总之，目前很多证据支持在高等植物电波传输作为一种信号系统是普遍存在的。

然而，如何将EW传输与植物的基本功能联系起来仍然困扰着研究人员。

现在我们正朝着这个目标努力。

虽然已经发现EW传输可以影响呼吸，代谢，矿质交换等功能，但是其确切功能仍处于争论之中。

最近发现证实了活性离子的吸收与电位密切相关，内生电流与细胞分化密切相关，这一发现为我们做出新的猜测提供了理论背景。

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和植物“聊天”

和植物“聊天”

和植物“聊天”作者：洪都来源：《青少年科技博览（中学版）》2017年第05期捕捉电信号1873年，科学家首次发现植物会通过释放电信号来进行通讯。

作为植物体内重要的生理信号之一，植物电信号是植物细胞在生命活动中发出的电磁信号。

在生命过程中的信息传导和生理调控中起着重要的作用。

但是这些电信号由于非常微弱，加上被背景电磁干扰掩盖，因此很难被探测，无法进行研究。

目前，瑞士一家公司最新研制出一款“Phytl信号探测器”。

它能够直接探测到植物释放的电子信号，了解关于植物的更多信息，例如是在茁壮成长，还是不堪重负；是积极活跃，还是沉默无言；是在受到害虫侵蚀，还是无病无痛。

公司的研发团队希望，能够为植物的健康提供创新性的医疗解决方案和独特的监控技术。

“Phytl信号探测器”利用两个电极来测量植物的电压，一端插进土壤中，另一端连接到叶片或茎上。

选择将传感器直接附着到植物上，解决了电信号被背景电磁干扰掩盖的问题。

如果扬声器发出了声音，就说明电压发生了变化。

电压变化得越快，发出的尖叫声也就越高。

植物“说话”时电压发生变化，较快的变化将导致“高音尖叫”，这时主人就能够监测到植物释放的信号，倾听它“说”什么了。

研究者可以利用这些信息为植物创造最优的生长环境。

植物爱好者可以使用智能手机或者平板电脑与“Phytl信号探测器”设备建立连接，观察他们种植的植物，并记录它们释放的信号，能更快地理解这些植物。

对刺激有反应研究证明，植物之间可以互相沟通交流。

现在微软研究院的一支团队研发的“Florence 计划”是开发人与植物互相“沟通”的有效途径，帮助人类加入到植物的对话之中。

“Florence 计划”旨在创造与自然界的全新对话，吸引自然语言处理、人机交互、工程学和生物学等领域的人才。

如今，一共有6位研究人员参与。

研究表明，植物可以对包括光频在内的周围环境作出反应并释放出电子和化学信号。

为此，研究人员将植物放进内置各式传感器的容器中，然后将该容器与微软的平板电脑相连。

植物信号通路的调控机制和响应特性

植物信号通路的调控机制和响应特性

植物信号通路的调控机制和响应特性植物的生长发育和适应环境的能力受到许多内外因素的调控，其中一个关键的调控机制就是植物信号通路。

当植物受到外界刺激时，如干旱、低温或寄生虫侵袭等，植物的细胞将产生特定的信号，这些信号将传递到细胞内部，促进生化反应和基因表达变化。

通过信号传递和响应反应，植物可以调控自身的生理反应和生长发育，从而适应不同的环境条件。

本文将探讨植物信号通路的调控机制和响应特性，以及相关研究的最新进展。

1. 受体激活和信号传递植物信号通路的初始步骤是信号受体的激活。

植物细胞膜上存在大量的受体蛋白，这些受体蛋白通常由外界刺激激活。

例如，拟南芥的细胞壁的海藻糖醇防御反应受体Feronia通过感知紧张力信号来调节细胞壁的合成。

植物在适应干旱的过程中，受到外界刺激后，细胞膜上的刺激感受器可以被启动，并引发信号传递。

受体激活后，这些受体蛋白会与其他蛋白质或离子相互作用，启动信号转导。

信号转导的主要方式包括磷酸化机制和二级信使系统。

其中，磷酸化机制是最为普遍的机制，通过酪氨酸/丝氨酸/苏氨酸等氨基酸的磷酸化来调控信号通路。

2. 信号传递的调控机制信号传递的复杂性和多样性使得通路的调节机制变得尤为重要。

植物信号通路的调节机制涉及到各种各样的生化反应和基因表达变化。

在这一过程中，一些蛋白质可能起到重要的中介作用，如激活剂、抑制剂和转录因子等。

学界在这方面长期开展各种各样的研究，以进一步揭示它们的作用原理。

例如，蛋白激酶CIPK23是拟南芥在响应皮酸刺激时的重要中介，它可以磷酸化转录因子ERF1，进而调节植物的生长发育和抗逆性。

与此同时，拟南芥中还存在多种雪腐镰孢素受体蛋白，如CBL1/9/10、CIPK1、CPK1、CPK3等，它们可以通过不同的方式参与植物信号通路的调控机制，以实现植物对环境条件的适应和调节。

3. 信号响应反应一旦信号被传递到细胞内部，植物将开始响应自身的生理反应。

在这个过程中，植物的细胞将启动特定的生化反应和基因表达变化，从而实现适应不同环境条件的过程。

植物中的光信号转导

植物中的光信号转导

植物中的光信号转导植物是光合生物，光是植物生长发育和代谢的重要因素之一。

光照时间、光强度和光质决定着植物的生长发育和生理代谢。

为了应对不同的光信号，并做出合理的反应，植物中有一套完整和复杂的光信号转导机制。

光信号转导机制包括光反应和细胞信号转导两个部分。

光反应是指光感受器感知光信号并转化为电信号的过程，细胞信号转导则是指电信号在细胞内部经过各种中介分子传递，最终会产生细胞级别的反应。

光反应主要是由植物的光感受器负责，在植物体内任何一个细胞都可能存在多种光感受器。

光感受器可以感知不同波长、不同光强度的光信号，并将其转化成电信号。

细胞信号转导则更加复杂，该过程涉及到一系列第二信使、蛋白激酶等分子的相互作用，最终将电信号转化为细胞功能上的改变。

光反应和细胞信号转导紧密相连，两部分之间的通讯。

植物中有许多的信号通路可以与其他通路互相影响和调节，形成复杂的信号网络。

例如，植物中光反应通路中的光感受器与负责激酶功能的蛋白激酶通路中的受体激酶可以相互作用，促进光反应通路受体激活。

这样的交互作用可以让植物对外界环境变化产生更好的响应。

光信号转导机制对植物体外界环境变化非常敏感，植物的光感受器可以精确感受到不同波长、不同强度的光线，并将其转化成电信号，驱动植物做出对应的反应。

例如植物的激素水平、生长发育和光合作用的效率都会受到光信号的影响。

植物利用光信号转导机制对环境的变化进行响应，最终实现调控生长发育和生理代谢的目的。

另外，植物中的光信号转导还具有重要的应用价值。

光对植物的生长发育非常重要，目前人们对光信号转导的研究已经引申到对作物品种的重要性状、农业生产的调控等方面。

理解植物中的光信号转导，将有助于我们更好地开发农业资源，提高农业生产效益。

综上所述，植物中的光信号转导机制是非常重要和复杂的一部分，该机制影响着植物生生长发育、生理代谢和环境响应等方面。

现代生物学研究的深入，也为我们更好地利用这一机制、发掘它的潜在价值提供了诸多机会和挑战。

植物信号通路的功能及其调控机理

植物信号通路的功能及其调控机理

植物信号通路的功能及其调控机理植物通路信号是植物在生长过程中的关键控制机制，涉及到的方面包括植物光合作用、操作响应、能量调节等方面。

这些信号通路存在于植物细胞内，与植物生长发育密切相关。

一、植物信号通路的功能植物信号通路可以将环境信息转化为信号传递给植物进行反应。

例如，一些激素会在植物中形成一个信号，从而引发特定的生长过程。

植物信号通路的功能有四个方面，即响应，适应，调节和融合。

1.响应：植物信号通路对外界与内部环境的影响做出反应。

例如，当植物接触到不良环境，例如气温过高或过低、暴雨、干旱等，植物的信号可以在细胞中形成一个信号，从而指挥植物的特定响应行为。

2.适应：植物信号通路是植物适应环境的关键控制机制。

植物的通路信号可以自适应和适应性，可以根据不同的环境变化进行相应适应，使植物在不同的环境中生长得更好。

3.调节：植物通路信号可以调节生长发育的速度，调控植物新陈代谢，并使植物对于激素、营养成分和环境的输入和响应更加敏感。

4.融合：对于植物信号的识别，也是通过配对输入到细胞内的信号来完成的，该配对包括比较通路中处理的质量，尺寸，序列和质量标签等。

二、植物信号通路的调控机制植物信号通路的调控机制有多种，包括通过激活、终止或特异化蛋白质的表达来调节植物通路信号等。

此外，植物信号通路还与基因表达和 RNA 结合的蛋白质等因素密切相关。

1.调节植物通路信号通过蛋白质的表达和激活植物信号应答的调节机制之一，是通过蛋白质的表达和激活来完成的。

通过在植物细胞里寻找与特定通路信号有关的蛋白质，植物可以在发现该信号后激活特定的表达来做出生理反应，达到较好的适应性。

2.基因表达和 RNA 结合蛋白质与植物通路信号的调节理解植物信号通路调控机制的另一个关键因素是基因表达和RNA 结合蛋白质。

植物通路信号是在基因水平和翻译水平整体调节的，从而使植物对环境的反应更加敏感。

3.植物信号通路与植物新陈代谢的关系植物信号通路与植物新陈代谢非常相关。