植物也说悄悄话

出品：科普中国

作者：张井雄（中国科学院昆明植物研究所）

监制：中国科普博览

你或许知道，为更好地适应环境变化，植物不同组织或器官之间存在实时的信号和物质交流，这对于植物适应环境变化是极为重要的。那么，不同植物之间是否也存在类似的信号交流，像人类一样说“悄悄话”呢？

“悄悄话”的“传话筒”是何方神圣？

要想让不会动的植物之间说上“悄悄话”，有些时候需要有个“传话筒”，而这个“传话筒”就是寄生生物——菟丝子。

菟丝子是一种寄生植物，它没有叶片，也没有根，只保留了茎，因而无法进行光合作用。为了生存，那就只能从外界寻求帮助了。菟丝子所需的全部营养都依靠一个特殊的器官——吸器，通过这个“法宝”，它就可以和寄主建立组织连接，从而获取水分和营养，以维持生长和发育。

菟丝子

（图片来源：作者）

在自然界中，菟丝子能同时寄生多个寄主，就像网线一样将不同寄主串联起来。这为它能够成为“传话筒”创造了充分的条件。

“你听我说，我被虫咬了”“我也是”

研究表明，在菟丝子连接两个植物的体系中，当其中一株植物被虫子取食后，另外一个寄主的抗虫能力也增强了。这是怎么发生的呢？全靠“悄悄话”！

被虫子取食的植物，会产生一个移动信号，通过菟丝子“警告”另外一株寄主植物，提前做好防御，以减少损失。“我被吃了，兄弟你要小心！”

菟丝子“传话”过程

（图片来源：作者）

科学家进一步研究发现，菟丝子这个“传话筒”可算是个“万能工”了。

首先，菟丝子传递的抗虫信号是可以长距离转运的。也就是说，如果将很多个寄主用菟丝子像电路一样串联起来，即使昆虫只是取食第一个寄主，与之相连的最远寄主也能够感受到虫子取食信号！

其次，当菟丝子连接两种进化关系很远的植物（如单双子叶植物，甚至是更为古老的蕨类）时，它们也能够识别彼此的抗虫信号，直接证明了植物抗虫信号的起源是非常早的，即使经过几千万年的进化，依然能够识别彼此的抗虫信号。

菟丝子

（图片来源：维基百科）

菟丝子能够介导植物间抗虫系统性信号传递已经显而易见了，那么，其他信号是否也可以借此传递？当然可以！

菟丝子不仅能传递抗虫信号，还能传递高盐信号和氮饥饿信号。有意思的是，这种信号的交流并非是单向的，而是你来我往的。换言之，两个寄主的“悄悄话”是双向的！

人们发现，菟丝子和寄主之间还存在大量RNA和蛋白质的交流，而两者都是生物信息的承载体，它们是否也是一种信号，还有待科学家进行更多研究。

丛枝菌根真菌：菟丝子我来抢活了！

除了菟丝子，一种叫丛枝菌根真菌的微生物，也能充当“传话筒”。

丛枝菌根真菌广泛存在于土壤中，能够与绝大部分植物共生互作。丛枝菌根真菌能够帮助植物获得氮、磷等营养元素，作为反馈，植物会为它们提供营养物质，成就了一桩“双赢”的买卖。

丛枝菌根真菌的结构

（图片来源：作者）

丛枝菌根真菌是肉眼难以观察到的，但它在地下的生长网络却极为庞杂。和菟丝子类似，它们能将不同植物串联起来，形成一个网络系统。在这个系统中，如果一株植物遭受细菌感染，会通过菌根真菌网络把感染信号传递给与之相连的植物，诱导其抗菌物质的合成，激活防御反应。

同样地，如果其中一株植物受到蚜虫取食，这种取食信号也会通过菌根真菌网络传递到相连的植物，增强其某些挥发物的合成，吸引天敌前来取食蚜虫，起到间接防御的作用。

可见，我们人与人之间的“悄悄话”必不可少，植物之间也是一样呢！

结语

寄生植物和菌根真菌能够成为植物间对话的“传话筒”，这是非常有趣的。然而，这种庞大而复杂的网络是如何协同工作的？系统性信号的本质是什么？又有何生理和生态学意义？科学家们对这些问题依然知之甚少。

我们相信，随着技术的进步和科学家对实验方法的改进，植物间的“悄悄话”会带给我们更加有趣的发现。

注：本文相关内容最近在线发表在国际著名刊物Annual Review of Plant Biology杂志上，吴建强研究员为通讯作者，申国境博士和张井雄博士为论文第一作者，雷云霆博士和许宇星博士也参与了该项工作。