鈣：植物體內(nèi)的“傳令兵”

提到鈣，同學(xué)們的第一反應(yīng)是什么？鈣是人體所必需的物質(zhì)，是構(gòu)成牙齒和骨骼的重要物質(zhì)。但要說鈣在植物生長中發(fā)揮的作用，那可能會(huì)出乎你們的意料。

鈣濃度隨環(huán)境變化

我們能感受到外界環(huán)境變化，依賴的是身體內(nèi)外的感受器，如舌頭上感知味道的感受器、皮膚上的溫度感受器和壓力感受器。當(dāng)這些感受器被外界信號觸發(fā)后，它們就會(huì)將信號轉(zhuǎn)化為電信號，通過神經(jīng)細(xì)胞傳遞給大腦，大腦繼而作出相應(yīng)的反應(yīng)。

植物應(yīng)對環(huán)境變化，也有類似的運(yùn)作機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，在逆境中，植物細(xì)胞中的鈣離子濃度會(huì)發(fā)生劇烈、迅速的變化，而這種變化確實(shí)與植物的抗逆能力有關(guān)。

早在2009年，波蘭一位科學(xué)家就做過一個(gè)實(shí)驗(yàn)，研究了掌管鈣離子進(jìn)入細(xì)胞的膜聯(lián)蛋白的作用。他先將擬南芥在短光照條件下培養(yǎng)了4周，之后讓擬南芥推遲開花，并進(jìn)行干旱處理。實(shí)驗(yàn)中，擬南芥生長的土壤逐漸變得干旱，直至完全脫水。結(jié)果顯示，膜聯(lián)蛋白缺失的株系在干旱處理后第5天出現(xiàn)枯萎癥狀；而野生型和膜聯(lián)蛋白超表達(dá)的株系依然保持飽滿的綠色狀態(tài)。這說明膜聯(lián)蛋白可能在干旱條件下發(fā)揮了作用。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，植物確實(shí)能感受到外界的不利條件，并把這種信號轉(zhuǎn)化為鈣離子濃度的變化，鈣離子再將信息傳遞給相應(yīng)的蛋白質(zhì)。

鈣的好搭檔

那么，究竟是哪些感受器將外界的信號轉(zhuǎn)化為植物細(xì)胞內(nèi)的鈣信號的呢？

湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在最新的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水分增多時(shí)，植物低滲（多水）感受器OSCA2.1和OSCA2.2會(huì)迅速感知外界豐富的水分，使胞質(zhì)內(nèi)鈣信號增強(qiáng)，從而作出防御等反應(yīng)。

實(shí)際上，滲透感受器OSCA基因家族非常古老，它們最早出現(xiàn)在原生生物身上，在維持原生生物細(xì)胞形狀和膨壓方面發(fā)揮作用。伴隨著植物從水到陸地的轉(zhuǎn)變，植物OSCA基因家族的擴(kuò)張和演化在植物響應(yīng)水分變化中起著重要作用。

可植物體內(nèi)并沒有專門傳遞信息的神經(jīng)細(xì)胞，它們是如何將探知的環(huán)境信息傳遞給相應(yīng)的細(xì)胞的呢？這時(shí)候，鈣離子就發(fā)揮了重要作用。

在植物細(xì)胞中，鈣離子的流速遠(yuǎn)比我們想象的要快，達(dá)到每秒400微米。對我們來說，這個(gè)傳播速度不快?？赡阋?，植物根系上的細(xì)胞通常只有幾十微米。

那么，鈣離子是如何讓植物細(xì)胞行動(dòng)起來，做好應(yīng)對極端環(huán)境的準(zhǔn)備的呢？這就要說到一種特殊的蛋白質(zhì)——鈣調(diào)素。它可以隨著鈣離子濃度的變化而改變自己的形態(tài)，從而啟動(dòng)不同的細(xì)胞生產(chǎn)線。毫不夸張地說，鈣調(diào)素就是一把智能的萬能鑰匙。

影響水果的甜度

值得注意的是，細(xì)胞中的鈣離子來得快，去得也快。這是因?yàn)楦邼舛鹊拟}離子會(huì)極大地干擾細(xì)胞的正常工作。所以，幾秒鐘內(nèi)，細(xì)胞中的鈣離子濃度又會(huì)恢復(fù)正常。但是，這時(shí)植物已做好了應(yīng)對干旱的準(zhǔn)備，加班加點(diǎn)地生產(chǎn)糖類物質(zhì)和氨基酸，盡可能地保證自己不會(huì)因?yàn)榄h(huán)境干旱而脫水。

所以，水果處于干旱環(huán)境時(shí)，會(huì)更甜一些。而關(guān)于干旱的信號，則是由鈣來傳遞的。水果甜不甜，居然與鈣有關(guān)系，這是大家都沒想到的吧！