植物季节性生长全靠“体温计”

zui近，由剑桥大学领导的一个科学家小组，发现了一种“温度计”分子，可使植物能够根据季节性的温度变化来生长。研究人员发现，称为光敏色素的分子——植物利用它在白天探测光，在黑暗中实际上改变了它们的功能，变成为细胞温度计来测量夜晚的温度。这项新的研究结果表明，光敏色素控制着响应温度以及光的遗传开关，来指示植物的发育。

科学家说，在夜间，这些分子会改变状态，并且它们改变的速度，是与“温度”成正比的，他们将光敏色素比作温度计中的水银。天气越热，这种分子变化的速度就越快，植物生长的速度也就越快。

数百年来，农民和园丁们已经知道，植物如何响应温度：温暖的冬天可导致许多树木和花卉早发芽，一些人很早就用来预测来年的天气和收获时间。

这项的研究指出了植物响应温度的分子机制。研究人员说，由于气候的变化，天气和温度变得更加不可预测，因此，发现这种光感应分子兼作为植物细胞内的温度计，可以帮助我们培育出更坚强的作物品种。

据估计，到2050年农业产量将需要翻倍，但气候变化是这个目标的主要威胁。主要作物（如小麦和水稻）对高温敏感。每升高一摄氏度，热应力可使作物产量降低10%。发现让植物探测到温度的分子，有可能加速作物的育种，使它们对热应激和气候变化具有灵活的应变能力。

在它们活跃的状态中，光敏色素分子可将自己与DNA结合，限制植物的生长。白天，阳光可激活分子，从而减缓生长。如果植物发现自身处于阴影当中，光敏色素就迅速失活，从而使它更快速地生长，以再次找到阳光。这就是植物如何竞相逃避彼此的阴影。光驱动的光敏色素变化发生的很快，不到一秒钟的时间。

然而，在晚上，又是一种不同的情况。日落后这个分子不是快速失活，而是逐渐从它们的活跃状态转换到不活跃状态。这被称为“暗逆转”。就像温度计中的水银上升，光敏色素在晚上恢复到静止状态的速度，是温度的一个直接测度。

温度越低，光敏色素恢复到不活跃状态的速度就越慢，所以分子花费更多的时间在它们的活跃的、抑制生长的状态。这就是为什么植物在冬天生长的比较慢。温暖的温度可加速暗逆转，从而使光敏色素迅速达到一个不活跃状态，并使自己脱离DNA，从而使基因被表达，植物生长恢复。

光敏色素热感应是在后一阶段发生演变，并在夜晚的停工期“插足”早已用于基于光的生长的生物网络。一些植物主要利用日长作为季节的一个指标。其他物种，如水仙花，有相当大的温度敏感性，在温暖的冬天可以提前一个月开花。

事实上，“光敏色素的双重作用”这一发现，对于一个长久以来用于预测季节的规律提供了其背后的科学依据，这个规律是：如果梣树的树叶比橡树先发芽，那夏天雨水会很多，如果橡树先发芽，那夏天雨水将很少。

橡树比较多地依靠温度，可能用光敏色素作为温度计来决定发育，而梣树依靠测量一天的日长，来确定它们的季节性时间。因此，如果春天较温暖，更有可能有一个炎热的夏天，将导致在橡树发芽的时间比梣树早。如果春天比较寒冷，情况则相反。由于英国人知道的太清楚了，比较凉爽夏天很可能就是一个雨水浸泡的夏天。这一新发现是十二年来研究的成果，包括来自德国、阿根廷和美国的科学家以及剑桥大学的科学小组。这项工作是在模式植物拟南芥中完成的，温度传感所必要的光敏色素基因，也在作物中被发现过。

现在，在植物遗传学领域的进展意味着，科学家能够迅速识别控制作物这些过程的基因，甚至使用的分子‘刀’改变它们的活性。剑桥大学是非常适合进行这种研究，因为我们附近有杰出的合作者，致力于植物生物学更具应用性的方面，并可以帮助我们把这一新的知识转化到田间。