狄奥尼西亚(Dionysia tapetodes)是一种常绿高山植物,春天开出鲜艳的黄色花朵,通常生活在恶劣的山区环境中。与典型的室内植物不同,它的叶子又小又厚,紧密生长,呈圆形,类似圆顶。剑桥大学植物生物学家雷蒙德·怀特曼(Raymond Wightman)说,这种植物看起来也有点蓬松,因为它能做一些非常不寻常的事情:利用特殊的毛细胞,这种植物会长出一种羊毛状物质,这种物质会延伸成长长的丝状,横跨植物的叶子,“就像一张蜘蛛网”,怀特曼说。 在一项由怀特曼共同撰写并发表在《BMC Plant Biology》杂志上的新研究中,一个研究小组研究了这种“羊毛”是由什么构成的,以及植物是如何制造它的。 研究人员使用了来自剑桥大学植物园的植物样本,这些样本最初是由布里斯托大学的一位教授于 1970 年左右从该物种的自然分布范围(从土库曼斯坦边境延伸到伊朗和阿富汗的山区)收集的。研究人员使用低温扫描电子显微镜,快速冷冻了几片叶子并将其切开,这样他们就能看到产生毛丝的毛细胞。 研究团队使用拉曼显微镜(通过镜头发射激光,产生色谱,可以分析色谱以确定其中的分子)来分析这些羊毛丝的化学成分。他们发现了一种名为“黄酮”的物质和两种相关化学物质。使用另一台电子显微镜,研究人员能够更精细地切割叶子。 “那是我们第一次看到这些洞,”怀特曼说。 通过电子显微镜,他们能够看到细胞壁上有小孔,其宽度与毛状纤维大致相同,细胞壁外的蜡状物质起到密封作用,防止细胞内容物溢出。植物似乎正在毛细胞内烹饪毛状纤维,然后毛状纤维从细胞壁上的这些小孔中伸出。 怀特曼说,出现孔洞是令人惊讶的,因为植物细胞膜上出现孔洞通常会带来灾难性的后果:“你在细胞壁上打孔,它们就会破裂。” 由于电子显微镜只能观察固定时间的样本,因此研究小组无法实际看到打孔过程。研究人员正在考虑未来的项目,以便更好地了解羊毛的制作过程。“我们以前从未在生物学中看到过类似的东西,”怀特曼说。 [阅读更多:世界上研究最多的植物之一可以长出额外的器官] 至于Dionisia tapetodes为何会产羊毛?这仍然是个谜。“当你想到山地植物的资源有限时”——例如,它们通常得不到太多水,不得不在营养贫乏的土壤和更高的紫外线照射下生存——“制造这种羊毛需要付出很多努力,”怀特曼说。研究人员推测,这可能是一种防晒霜,可以保护植物免受高海拔射线的伤害,因为不产羊毛的相关植物在夏天更容易干燥。 “我认为植物是最好的化学家,而且永远都是,”怀特曼说。“它们会继续给我们带来惊喜。” |
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