含羞草“含羞”的生理机制?

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含羞草因为细胞是由细小如网状的蛋白质“肌动蛋白”所支撑,当被触碰到时肌动蛋白的磷酸会脱落,造成肌动蛋白束散开,细胞被破坏,造成细胞内上半部分膨压改变,产生闭合运动;

含羞草作为植物界少数“会动”的植物,其知名度可谓名列前茅。含羞草是一种原本生长在热带的植物,那里多狂风暴雨。含羞草的“含羞”其实是含羞草为了保护自己不被风雨折断而进化出来的一种本能反应。在户外,含羞草只要经历一滴雨或者一阵风,就会立刻把叶子闭合,把叶柄下垂,这样就能保护自己柔弱的躯体免受风雨折断。

对于含羞草的“含羞”生理机制,日本上智大学土屋隆英教授领导的研究小组曾做过研究。他们发现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。

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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。不过,如果继续逗弄,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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