植物的根为什么向下生长？

在我们的《生物学》一书中，有一个经典的实验叫做“植物重力感应”。这个实验是这样的:老师拿了两个带根的豆芽，一个根尖朝下，另一个根尖朝上，在适当的条件下培养它们。一段时间后，我们会发现这两个豆芽的根正在向地面生长。根“向重力方向生长”的现象已经为人类所知几千年了，但是在很长一段时间里，科学家们对这一现象的解释与我们教科书中给出的解释完全相同——植物会感知重力方向，从而调整根的生长方向。那么，植物如何感知重力的方向呢？近年来，科学家们只有一个初步的解释。

为了揭开这个秘密，我们必须提到一位名叫“哈贝兰德”的奥地利植物学家。经过无数次观察和研究，他发现尽管植物的根向重力方向生长，但在根的每一部分，重力的诱导程度是不同的。例如，离根尖约1.5 ~ 2.0毫米的根冠细胞对重力极其敏感，而靠近地面的成熟细胞对重力不敏感。通过比较这些细胞的差异，哈贝兰德提出了著名的“淀粉平衡石”假说。这一假说认为，在植物根的一些细胞中(最初的假说也提到了植物的茎，茎的生长是反重力方向，也与重力有关。本文集中在根部)有许多淀粉饱和的颗粒，即所谓的淀粉体。当根向前生长时，这些比重稍大的淀粉体会在重力的作用下沉积在根细胞下面，就像平衡石一样，从而促进根向重力方向生长。“淀粉-平衡石”假说自提出以来，引起了各方的关注。一些科学家认为它完美地解释了根的引力，但是其他人仍然不同意。例如，在由于基因突变而不能合成淀粉的植物中，人们仍然观察到根的引力。

植物的向上生长与重力有关

尽管争议依然存在，但随着分子生物技术的发展，科学家们逐渐发现了越来越多的证据来支持“淀粉平衡石”假说。首先，显微技术的进步向科学家表明，细胞并不像以前认为的那样空无一物。在没有细胞器的地方，也有许多被称为细胞骨架的蛋白质结构。这些细胞骨架就像建筑的支架。一方面，它们支持和固定细胞内结构；另一方面，它们也充当运输物质和传输信号的通信网络。当淀粉样蛋白在细胞内移动时，它将不可避免地引起细胞骨架的变化。其次，随着分子生物学的发展，科学家们进一步认识到，这些骨骼的变化将不可避免地导致信号传输的变化。在这一点上，导致根向重力方向生长的真正力量开始成形。它们是常见的Ca2+(正二价钙离子)，这意味着钙原子失去2个电子形成正二价钙离子。)和氢+(正氢离子)。

首先，生物学家对Ca2+并不陌生。它是细胞信号传递中的一种常见物质。研究表明，Ca2+在调节植物的正负重反应中起着重要作用。在重力的刺激下，液泡膜上的Ca2+通道可以快速调节细胞质中Ca2+的浓度，从而使细胞对重力的变化做出快速反应。然而，氢离子是细胞酸碱度变化的直接原因。实验表明，H+的流量和pH值的变化与植物的重力响应数据非常一致。受到重力刺激后，根冠细胞质外体的酸碱度明显降低。虽然现有的研究不能完全解释Ca2+和H+在根系重力变化中的确切作用机制，但在Ca2+和H+的双重作用下，根系两侧的生长素浓度会表现出明显的差异，根系会向重力方向弯曲。