試論含羞草對(duì)外部刺激的反應(yīng)

兌馭霄

摘要：為了驗(yàn)證前人對(duì)含羞草的研究成果，筆者自己動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)含羞草對(duì)于外部刺激的反應(yīng)和其他的草本植物沒有明顯差別。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步設(shè)計(jì)了含羞草對(duì)于寒冷的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)含羞草能夠?qū)洚a(chǎn)生反應(yīng)，但是需要較長(zhǎng)時(shí)間。

關(guān)鍵詞：含羞草；外部刺激；寒冷

眾所周知，含羞草之所以叫含羞草，是因?yàn)楫?dāng)我們用手觸摸它的葉片的時(shí)候，它會(huì)迅速把葉子合起來，就像害羞了一樣。自從1825年含羞草被發(fā)現(xiàn)以來，科學(xué)家懷著對(duì)它的好奇心做了許多實(shí)驗(yàn)，比如用火燒含羞草的葉子，用電流刺激含羞草，還有測(cè)量含羞草受刺激時(shí)發(fā)出的電位等等。我最近苦于尋找能夠研究的課題，偶然想到了含羞草，查了不少資料后發(fā)現(xiàn)對(duì)它有些感興趣，懷著實(shí)踐才是真理的精神，我自己也上淘寶買了100粒種子，并自己種植進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

一、對(duì)前人研究結(jié)果的驗(yàn)證

大約兩個(gè)月后，含羞草終于成形了，我首先測(cè)試了一下前人們的研究成果，比如測(cè)反應(yīng)時(shí)間以及反應(yīng)后恢復(fù)的時(shí)間等等，而其中令我印象最深的實(shí)驗(yàn)就是測(cè)含羞草受到刺激時(shí)釋放出的電位，并拿它與其他一些植物做了比較，比如繡球花，葫蘆藤，狗尾草還有常春藤（由于沒有專門的儀器，我用電壓表連上電極，記錄數(shù)據(jù)的變化）。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果有些出乎我的意料：含羞草與其它普遍的草本植物在對(duì)刺激的反應(yīng)上并沒有明顯的差別，都低于木本植物（比如繡球花，常春藤），而木本植物又低于藤本植物（葫蘆藤和常春藤），所以含羞草的感官上其實(shí)并沒有比其它同類的植物更加敏感。查閱了更多資料后，發(fā)現(xiàn)這其實(shí)并不奇怪，因?yàn)楹卟荨昂π摺钡脑砥鋵?shí)是內(nèi)部的維管束（vascular bundle）傳遞動(dòng)作電位（action potential）到葉枕（pulvinus），之后葉枕中的肌動(dòng)蛋白（actin）接收到這種信號(hào)后，上面的磷酸會(huì)脫落，導(dǎo)致葉枕中水分流出，膨壓（turgor pressure）降低，這樣葉枕便無法支撐葉子展開，所以葉子也就合上了，之后含羞草會(huì)通過光合作用積攢能量，使葉子再次打開。

二、含羞草對(duì)于寒冷的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)

光是重復(fù)前人的工作讓我有些不夠滿足，既然研究了這個(gè)課題就得想辦法做一些力所能及的創(chuàng)新。經(jīng)過苦想，我最終想到了寒冷會(huì)不會(huì)也可以刺激到含羞草（靈感來源于人會(huì)打寒戰(zhàn)）。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：由于條件的限制，我找不到那種可以保持燈常亮而且門透明的冰箱，于是用紙包了一塊冰，垂直放在含羞草葉子上方約1cm處，等待冰塊的冷氣下降，觀察含羞草的反應(yīng)。我一共做了5次試驗(yàn)，試驗(yàn)步驟如下：

1.將冰塊放在含羞草葉子的正上方，觀察葉片的反應(yīng)并記錄反應(yīng)時(shí)間，如果葉片閉合的話就接著記錄葉片恢復(fù)所用時(shí)間。

2.第二天，將冰塊懸空在半邊葉片的上方；

3.在葉片第一次反應(yīng)之后的半小時(shí)做第二次試驗(yàn)；

4.在第二次試驗(yàn)結(jié)束后一小時(shí)做第三次試驗(yàn)；

5.同理，一個(gè)半小時(shí)之后做第四次試驗(yàn)。

含羞草是可以對(duì)寒冷做出反應(yīng)的，只是需要相對(duì)長(zhǎng)一些的反應(yīng)時(shí)間，花了16秒，而之后的恢復(fù)花的時(shí)間也比平時(shí)被觸摸后多一些，花了7分鐘，大概多了1-2分鐘（觸摸后恢復(fù)的時(shí)間是在之前的實(shí)驗(yàn)中測(cè)的；這里測(cè)的恢復(fù)時(shí)間是指葉子恢復(fù)到半展開的時(shí)間，全部打開的話大概需要20分鐘到半個(gè)小時(shí)，由于實(shí)在不好把握全部展開的時(shí)機(jī)，所以沒有做記錄）。在第三個(gè)實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)半個(gè)小時(shí)其實(shí)是不夠含羞草積蓄能量的，因?yàn)樗鼘?duì)冰塊一點(diǎn)反應(yīng)都沒有。而第四個(gè)實(shí)驗(yàn)和第五個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果很讓人感興趣，因?yàn)楹卟荽_實(shí)對(duì)寒冷又做出了反應(yīng)，但是第五次實(shí)驗(yàn)中花費(fèi)的時(shí)間要比第四次實(shí)驗(yàn)中花費(fèi)的短，又比第一次實(shí)驗(yàn)中花費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)，這說明有什么因素影響了含羞草對(duì)同樣一種刺激的反應(yīng)速率。而第二次試驗(yàn)的結(jié)果也很有趣：當(dāng)冰塊只懸在葉片上方時(shí)，不足以刺激含羞草。這是為什么呢？一種很普遍的解釋是說因?yàn)槿~枕是控制含羞草葉片末端膨壓的地方，所以自然比葉片要更加敏感。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果探討

（一）關(guān)于含羞草可以對(duì)寒冷做出反應(yīng)以及一段時(shí)間內(nèi)對(duì)于寒冷的反應(yīng)變慢了

含羞草閉合葉子再張開這個(gè)過程是要消耗很多能量的，而且會(huì)降低葉片光合作用的效率，對(duì)于植物來說應(yīng)該是能避免就避免的一件事，但含羞草仍然將這一特征保留下來的原因是因?yàn)樗幍奶厥猸h(huán)境--南美洲熱帶雨林。熱帶雨林在雨季暴雨頻發(fā)，豆大般的雨點(diǎn)對(duì)于許多植物來說會(huì)造成毀滅性的打擊，尤其是葉片，當(dāng)植物的葉片被打的支離破碎之后，就很難進(jìn)行有效率的光合作用了，而最終逃不過死亡的命運(yùn)。對(duì)于這一點(diǎn)，含羞草的防御方式就顯得非常厲害，當(dāng)?shù)谝淮问艿接挈c(diǎn)打擊的時(shí)候立馬將葉片合上，這樣減小了可能受到打擊的面積，也就減小了暴雨對(duì)植物的損害。既然含羞草這種防御行為是它們?cè)跓釒в炅诌@種環(huán)境中生存下來的關(guān)鍵手段，那么對(duì)寒冷做出類似的反應(yīng)可能也是因?yàn)樵庥鲞^與寒冷有關(guān)的氣候，導(dǎo)致這種特征被保留了下來。

（二）關(guān)于只有接近葉枕的部分才可以對(duì)冷氣做出反應(yīng)

這個(gè)涉及到了含羞草對(duì)刺激做出反應(yīng)的機(jī)理。對(duì)于含羞草“害羞”最普遍的解釋在上文提到過，是維管束傳遞動(dòng)作電位到葉枕后，導(dǎo)致葉枕中的一系列反應(yīng)，最后膨壓下降，葉片閉合。這里的維管束是普遍存在于葉片中的，但是實(shí)驗(yàn)中葉片卻對(duì)“寒冷”沒有明顯反應(yīng)，查閱了相關(guān)資料后，我覺得這里傳遞信息的是另外一種機(jī)制：共振（synchronization），就是細(xì)胞間直接的“光速通訊”。我認(rèn)為它在平時(shí)的信號(hào)傳遞中只起了很小的作用，不過在這里，它卻是主要的傳遞方式。至于原因，我的猜測(cè)是維管束只傳遞關(guān)于較強(qiáng)刺激的信號(hào)，傳遞的距離也比較遠(yuǎn)；而共振從弱到強(qiáng)的信號(hào)都能夠傳遞，但是傳遞的距離較短，不過這個(gè)猜測(cè)也還需要進(jìn)一步的驗(yàn)證。

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