含羞草为什么会合拢?

含羞草之所以在被触摸时弯曲,这是由于其细胞中膨胀压力的变化而发生的,该行为是一种捕食者回避机制。含羞草是豌豆科多年生草本植物,原产于中美洲和南美洲,它以叶子在被触摸时向内折叠而闻名。

说到玩植物,没有比触摸“含羞草”的叶子,看着含羞草收缩更大的乐趣了。我小时候经常这样做,现在偶尔也这样做。尽管这种独特的植物有很多俗名,但植物学家和科学界的其他成员都称它为含羞草。含羞草并不是唯一一种表现出“植物快速运动”的植物,它只是最受欢迎的。

公元前300年,希腊哲学家(Theophrastus)提到一种植物会“枯萎和收缩”,然后过一段时间又会恢复生机并蓬勃发展。Theophrastus所指的植物很可能是含羞草属的一部分,根据一些研究,可能是M.asperata物种。这种快速运动并不是含羞草物种独有的,捕蝇草等食肉植物利用快速运动来捕捉猎物。仙人掌(Lophophorawilliamsii)和加拿大山茱萸(Cornuscanadensis)等物种在接触时会射出雄蕊,从而传播花粉。小豆蔻属植物的种子在接触时会爆炸。

含羞草为什么会合拢?  

含羞草细胞是由细小如网状的蛋白质“肌动蛋白”(即叶枕敏缩体)所支撑。产生闭合运动时,肌动蛋白的磷酸会脱落,只要让含羞草吸收不让磷酸脱落的化合物,经触碰也不会起变化。当肌动蛋白束散开时,细胞被破坏,结果水分跑出来,以致产生闭合运动。肌动蛋白一般见于动物的肌肉纤维内,与肌肉伸缩有关。它也存在含羞草内,可说是相当罕见。

植物的运动通常是由细胞内膨压改变造成的。大部分成熟的植物细胞都有一个很大的液泡。当液泡内充满水分时,就压迫周围的细胞质,使它紧紧贴向细胞壁,而给予细胞壁一种压力,使细胞硬胀,像吹满了气的气球一样。液泡内所含的有机和无机物质的浓度高低,决定渗透压的高低,而渗透压的高低可以决定水分扩散的方向。当液泡浓度增高时,渗透压增加,水分由胞外向胞内扩散而进入液泡,增加细胞的膨压,使细胞鼓胀;反之,细胞则萎缩。这种过程只能造成缓慢的运动,例如气孔的开合。

含羞草
含羞草

含羞草的叶子如遇到触碰,会立即合拢起来,触动的力量越大,合得越快,整个叶子都会垂下,像有气无力的样子,整个动作在几秒钟就完成。含羞草的叶子和叶柄具有特殊的结构。在叶柄基部和复叶的小叶基部,都有一个比较膨大的部分,叫做叶枕。叶枕对刺激的反应最为敏感。一旦碰到叶子,刺激立即传到叶柄基部的叶枕,引起两个小叶片闭合起来,触动力大一些,不仅传到小叶的叶枕,而且很快传到叶柄基部的叶枕,整个叶柄就下垂了。

为什么会这样呢?

这是因为,在叶枕的中心有一个大的维管束,维管束四周充满着具有许多细胞间隙的薄壁组织。当震动传到叶枕时,叶枕的上半部薄壁细胞里的细胞液,被排出到细胞间隙中,使叶枕上半部细胞的膨压降低,而下半部薄壁细胞间隙仍然保持原来的膨压,结果引起小叶片的直立而两个小叶片闭合起来,甚至于整个叶子垂下来。有人做过研究,含羞草在受到刺激后的0.08秒钟内,叶子就会闭合。

受刺激后,传导的速度也是很快的,最高速度每秒钟达10厘米。刺激之后,稍过一段时间,一切又慢慢恢复正常,小叶又展开了,叶柄也竖立起来了。恢复的时间一般为5-10分钟。但是,如果我们继续逗弄,接连不断地刺激它的叶子,它就产生“厌烦”之感,不再发生任何反应。这是因为连续的刺激使得叶枕细胞内的细胞液流失了,不能及时得到补充的缘故。

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