了解植物生物钟可以促进未来农业

我们都曾感到不适，因为我们的昼夜节律与我们习惯的略有不同——也许是在熬夜之后，或者在飞机上飞到了一个新的时区之后。我们都知道，需要一段时间才能恢复睡眠、饮食甚至排尿的规律。

但人类并不是唯一拥有生物钟的生物——植物也有。英国和比利时研究人员的一项新研究表明，了解它们的节律可以使我们的粮食系统在长期内更加可持续和富有成效。随着气候变化、人口增长以及对更具弹性和可持续性的粮食的需求，重新思考农业运作方式对于实现可持续和无饥饿的世界绝对至关重要。

作者认为，现在是时候加强研究了，可以将我们已经了解的植物昼夜节律转化为一种简单、经济且容易的方法，以提高产量并促进世界各地农场的可持续性。

[相关：工业化农业能成为一种向善的力量吗？]

研究发现，植物的细胞时钟可以控制近 30% 的植物基因表达。这意味着我们越了解它们的内部时间表，我们就越有可能利用它生产更高的粮食产量，使用更少的杀虫剂，并找出如何让一些作物更能适应气候变化的方法。

植物的昼夜节律如何运作

论文第一作者、剑桥大学植物生物学家亚历克斯·韦伯表示，说到人类的昼夜节律，大部分校准发生在我们大脑的数千个细胞中。但当然，植物没有大脑，所以它们的每一个细胞都有一个单独的时钟，控制何时打开气孔吸收二氧化碳、何时启动光合作用机制以及何时在太阳下山后关闭。

早在 18 世纪，科学家就注意到植物即使每天全天暴露在光源下，其叶子也会以 24 小时为周期摆动。“这是首次证明生物体内的生物钟是自由运转的，”韦伯说道。如今，研究人员能够使用延迟荧光成像等方法来了解几乎所有植物（包括小麦等农作物）的内部生物钟，从而了解昼夜节律周期的长短。

在过去的几十年里，人们进行了越来越多的研究，以了解植物的昼夜节律如何影响其大小、光合作用以及糖的生成和使用。所有这些，加上应对寒冷天气和害虫，都归结为主要植物群共有的少数基因。

甚至在我们完全了解植物的昼夜节律之前，我们就已经在某些情况下意外地重新设计了它们。例如，在西红柿中，北美农民可能意外地培育出比南美西红柿略慢的昼夜节律。因此，如果农业能够仅通过纯粹的反复试验就能弄清楚这么多，那么鉴于科学的进步，如今利用这些内部时钟的潜力就大得多。

韦伯说：“过去 25 年，该领域一直致力于基础生物学研究，现在我们正处于了解主要作物生物学的阶段。”

可持续发展开始发挥作用

虽然人类或多或少已经弄清楚了我们的睡眠时间表应该是什么样的，但对于植物来说，要考虑这个问题并不容易。无论是你桌上的虎尾兰，还是种满麦田的农场，很多时候，当我们去给这些植物浇水时，我们更关心的是我们能做什么，而不是我们的植物真正需要什么。

英国厄勒姆研究所昼夜节律生物学研究员汉娜·里斯说：“了解植物内部控制的过程将对农民何时对作物进行特定应用产生巨大影响。”

在 2019 年发表的一项研究中，约翰英纳斯中心的植物生物学家安东尼·多德 (Anthony Dodd) 和他的合著者发现，根据拟南芥植物的昼夜节律使用除草剂时，它们在早晨对除草剂更敏感，这意味着在这段时间内只需少量的除草剂就能产生很大的效果。

“我们认为，通过了解生物钟如何影响植物的反应，我们或许能够减少喷洒在植物上的化学物质的数量，从而节省农民的金钱和时间，”多德说。“这还可以减少进入环境的化学物质的数量。”

如果你仔细想想，就会发现这很有道理。早上施用除草剂比晚上施用更有效，因为植物在黎明时就已经在忙着保护自己免受饥饿的害虫的侵袭，而晚上施用这些害虫可能并不是一个大问题。

韦伯补充说，理论上，研究人员可以对几乎所有农作物及其需求（水、肥料等）进行此类研究，以确定每种作物的具体用量。世界上 70% 的淡水用于农业，过度使用化肥和杀虫剂会造成严重的环境危害，因此减少这些资源的使用对于提高可持续性至关重要。

[相关：绿色新政可以帮助农民保护地球]

韦伯说，垂直农业的普及也使种植者更有可能控制何时、何地以及对作物环境施加多少变化。就像我们意外培育出生物钟较慢的西红柿一样，弄清植物昼夜节律的变化可以帮助它们在不同海拔、气候条件下生长，甚至在专门的室内设施中生长，从而以更少的浪费获得更高的产量。

在任何人能够说出遵循昼夜节律将对农业产生多大影响之前，还有许多工作要做。但是，在一个可持续技术和思维正在从个人转向工业的世界里，有一种可能的技术可以遵循我们想要培育的生命的自然顺序，这值得一提。只需要改变我们自己的生物钟。