植物的生物钟

植物的生物钟
李家兴植物107 1001080728
生物时间机制对所有的生物都很重要，而且在目前所有被研究的生物里科学家都找到了其时间节律现象。

生物体内有很多过程虽然彼此相关，但在时间上都是有所区别的。

还有一些过程不但受到内在因素制约，还会受到外界因素影响。

时间上的区别之一就是各种行为各具其规律性——在一个大范围内观察这种规律性，就可以称之为生物节律。

周期的长度由毫秒到年不等。

细胞分裂，呼吸，心跳和行为只是其中的一些例子。

古人说：“花开花落自有时”，不仅如此，花儿放出香气和花蜜的分泌，也都会按着一定的时间进行。

尽管世界上植物众多，表现也极复杂，但细心的科学家们还是从中找出了一些规律，他们发现：每种生物的习性和生命活动都受着节律的支配，这中节律有的按24小时变化着，和钟的周期性变化一样。

也叫生理钟，是决定生物生理活动的周期性波动的内生节奏。

它是生物对环境昼夜与季节变化的适应，在生物界广泛存在。

如很多种植物的叶子在白天呈接近水平状态,夜间则下垂;有些花只在清晨开放;发光单细胞藻膝沟藻的发光量有昼夜变化,近午夜时达到高峰。

气孔开关、细胞分裂、胚芽鞘的生长等都有昼夜起伏变化。

很多种植物的花原基形成、芽休眠、落叶等物候期，是年周期现象的表现，其日期的确定往往取决于日照长度，而植物对长日照或短日照的反应，和其内生的昼夜周期有联系。

振荡内生的昼夜节奏是体内的一种振荡，其周期在自然条件下为24小时。

这种振荡在光、温完全稳定的条件下仍然存在，但这时的周期不是恰好24小时，而是其近似植,在22～28小时之间。

这种不依赖于外界昼夜变化的内生节奏称为近似昼夜节奏。

光－暗周期的长度和相位在自然条件下昼夜节奏的周期是24小时,是因受光-暗交替的24小时周期制约而造成的。

如用不同于24小时的光-暗循环,也可改变生物钟的周期，使之偏离24小时,与外界光-暗循环周期一致。

但是所用的周期不能与24小时偏离过多。

外界光－暗交替如与植物原来昼夜节奏的相位不同，也可以使其相位改变。

例如将苋色藜在夜间照光，白天遮黑，则叶运动的相位在几天内便调整为与原来颠倒的光-暗循环：白天下垂，夜间举起。

用光暗交替的时间可以任意控制生物钟周期的相位。

温度与周期长度近似昼夜节奏的一个重要特征是其周期受温度影响很小。

它的温度系数通常在1.0～1.1之间。

因为一般化学反应包括生化反应的都在2以上,这表明生物钟的计时机理可能不是由化学系统而是由物理系统组成的，或者是有某种反馈系统的生物化学循环变化，反馈系统消除了反应速度对温度的依赖关系。

温度只影响有昼夜节奏的生理过程（如生长、光合等）的强度，即振荡的振幅。

生物学意义生物钟对生物体起定时器的作用。

植物及其他生物靠生物钟的节奏调节它的生理活动，使之在一天中适当的时间内进行。

此外，四季中每日日长加长或缩短,使生物钟的相位改变，植物由此识别季节,从而使生理变化适合于该季节，例如从营养生长转向生殖生长（花芽分化），或落叶、休眠，迎接冬天来临。

生物钟是一种复杂的生理过程，也可以说是生物体内进行物理、化学变化的结果。

它这些有规律的周期性变化，是由体内某些细胞组织和器官内特殊的遗传物质——基因控制着，这种基因是在长期的种接代。

生物就靠这种内在“钟”测知时间变化，从而有了每隔24小时左右的周期性活动。

如果你有水草水族箱就可以看到，当晚间打开水族箱的照明设备时，一定会对许多水草的外观感到惊讶，它们已完全不同于白天的形态：茎的上半部的叶子几乎完全合拢。

它们已呈现出“睡眠状态”。

而从第二天的日出开始。

当将灯光一打开，它们就会慢慢“苏醒”，重新新叶子展开。

即使灯光不开，或不关，它们也照样按时“睡眠”和“苏醒”。

200多年前，就有人用实验来寻求着这个答案，他们把叶片白天张开晚间闭合的豌豆，放在与外界隔绝的黑洞里，结果看到叶片依然按节律白天张开晚上闭合。

这有趣的实验，使人信服地说明：生物体内确实有一种能感知外界环境的周期性变化，并且调节其生理活动的“时钟”，这种时钟，人们把它叫做“生物钟”。

那么生物钟是否也能象钟表一样可以对时，拨动和调整呢？科学家用实验做出肯定的回答。

他们颠倒了白天张开晚上闭合的三叶草的光照规律，就是白天把它放在人造夜晚中，夜晚把它放在光照下，经过多次的摆布后，叶片的张合就和自然昼夜颠倒了，这说明生物钟的指针已经被拨动，但是，当再把它放在自然昼夜中的时候，原来的节律又很快地恢复，钟又调正校对过来了。

不同的生物有不同的生物钟，植物体内的光敏素就是控制植物昼夜节律或者开花时间的生物钟。

生物钟的机制远比当代最精巧的钟表复杂，但是其中的奥秘到现在还没有完全揭开。

对生物钟的研究，对工业、农业和医疗甚至国防，都有重大的实际意义。

例如植物在一天中吸收不同的无机离子的时间各不相同，如果掌握了这个“进食时间表”，就可以用最少的肥料达到最好的增产效果；心脏病人对洋地黄的敏感性在凌晨4点钟的时候，大于平时的40倍，这对掌握用药时间，大有益处；癌细胞的分裂有其细胞周期，如果对它分裂的规律了如指掌，那对癌细胞的恶性生长就制之有术了。

随着科学的发展，对生物钟的研究，必将在人类生活中产生深远的影响。

英国爱丁堡大学研究人员发现一种基因，可引发植物夜间休眠并控制开花。

研究人员发现一种名为TOC1的蛋白质能阻止基因夜间活动，这种蛋白质先前被认定关联帮助植物苏醒。

他们利用电脑模型，模拟水芹的12个基因如何共同设定植物的内部时钟。

植物与人类一样都有生理节律，可帮助它们随着日夜变化和季节更替作出微小调整。

“对植物而言，生物钟尤为重要，”米勒说，“那将帮助他们应对白天和夜晚，储存能量生长。

”米勒说，新数据将帮助研究人员发现更多其他植物基因，“我们现在知道大约12个基因，仍想了解那些控制光合作用、利用氮、打开花瓣和散发香味的基因”。

同时，这一发现有助于研究其他植物，尤其是小麦、大麦和水稻等农作物。

英国爱丁堡大学研究人员发现一种基因，可引发植物夜间休眠并控制开花。

研究人员发现一种名为TOC1的蛋白质能阻止基因夜间活动，这种蛋白质先前被认定关联帮助植物苏醒。

他们利用电脑模型，模拟水芹的12个基因如何共同设定植物的内部时钟。

植物与人类一样都有生理节律，可帮助它们随着日夜变化和季节更替作出微小调整。

“对植物而言，生物钟尤为重要，”米勒说，“那将帮助他们应对白天和夜晚，储存能量生长。

”米勒说，新数据将帮助研究人员发现更多其他植物基因，“我们现在知道大约12个基因，仍想了解那些控制光合作用、利用氮、打开花瓣和散发香味的基因”。

同时，这一发现有助于研究其他植物，尤其是小麦、大麦和水稻等农作物。

直至今天在植物中仍没找到生物钟的中央控制部分或是起搏点。

现在只能推测，光合作用以及与之联系的运动时由遍布植物体的多个时钟共同控制的。

例如光合作用器官的新陈代谢，在实验中可以观察到是由于光照对基因表达产生影响引起的。

每天在叶绿体的类囊体膜上的光收集器（Lhc）都会进行光合作用。

光会影响细胞核基因的转录和翻译。

西红柿到目前为止已发现19个Lhc-基因。

目前在Lhc-基因的运作机制和其启动子方面进行着很多的研究。

农民种植作物受到季节限制，但是了解控制植物比如光合作用和开花等基本功能的植物生物钟，我们也许能设计植物在超过当前的更多的不同季节和地方生长。

生物钟是几乎所有生物体中都有的“计时员”，有助于使生物体的生物进程和日夜同步。

这个生物钟对调整植物每时、每天、每季的生长都很关键。

生物钟通过“早晨基因”和“傍晚基因的”的协作关系运行。

白天是早晨基因抑制傍晚基因的，晚上早晨基因休眠傍晚基因被激活。

有趣的是，这些傍晚基因是早晨基因开启所必须的，共同完成24小时的循环。

耶鲁研究人员确认DET1基因作为生理周期中有助于压制傍晚基因的关键基因，解决了这一过程中最后剩余的迷题之一。

“DET1 较少的植物生物钟更快，开花需要的时间更短。

”文章主要作者耶鲁大学毕业生、现斯坦福大学研究人员孙刘（音译）表示。

“知晓植物生物钟的构成以及它们的作用有助于选择和培育作物和观赏植物有价值的特性。