【科技前沿】中国科学家发现全新细胞类型，植物也可以动起来了！

以下文章来源于科普中国 ，作者石雾遥

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我们生存的世界因为花草树木等各类植物的存在而变得五彩缤纷。与人一样，花草树木也是有生命的。而生命在于运动。

你能想到平时看到安静生长的植物也有它们自己的运动方式么？最近，发表在《国家科学评论》（National Science Review）杂志上的研究表明植物也能自己运动，而它们的运动与它们自身内部的细胞组成有关。

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收缩细胞：植物运动行为的新发现

细胞是生物体基本的结构和功能单位，是维持生命活动的最根本部分。植物细胞一般由细胞壁、细胞膜、细胞器、细胞核等组成。近期，中国科学院植物研究所王印政研究组发现了一种全新的细胞类型，即充满水敏性粗面内质网的收缩细胞，它与常规的细胞不同，直接决定了植物能自己运动这一行为。

斑叶唇柱苣苔（Chirita pumila）也称“斑叶草”，是一种隶属于苦苣苔科的植物，其叶子上有斑纹形状，外观较奇特，它们的生长周期较短，植株矮小，能够自花授粉。斑叶唇柱苣苔通常被植物学家们用来广泛研究。

斑叶唇柱苣苔，图片来源：Flickr，拍摄：Nicholas Turland

植物一般不能发生自主运动，但是植物学家在研究斑叶唇柱苣苔的过程中，却发现斑叶唇柱苣苔的柱头在接触水后具有自发运动的特性。

为了探索原因，科学家将斑叶唇柱苣苔的柱头进行了解剖分析。在显微镜下发现，斑叶唇柱苣苔的柱头由乳头细胞、维管束、薄壁细胞和背面表皮组成。而它们的维管束上竟有高达 10 层的细胞，占了层板厚度的一半。

在柱头接触水呈现开放和闭合状态时，这些细胞的形态存在着明显差异。由此可见，这些细胞的本质是区别于薄壁细胞的，植物学家将其定义为收缩细胞。

斑叶唇柱苣苔柱头的开闭状态图

借助冷冻电镜对收缩细胞进行表征，显示这些细胞内部呈现网状结构，与常规的细胞不同，细胞核在细胞的边缘而非中心。

（A）柱头解剖图，（B）柱头正面，柱头的上部闭合，下部展开，向外侧开成 60º 角，（C）正面闭合柱头，（D）柱头背面，（E）柱头侧面，（F）开和（G）闭柱头的纵向解剖切片，(H）开和（I）闭的部分切片放大图。图片来源：参考文献[1]

当柱头吸水时，收缩细胞的体积会加大，形态上与初始状态相比会拉长超过 8 倍，说明收缩细胞内部有对水敏感的物质，接触水后这种膨胀的行为使细胞体积扩大，这与柱头的伸长和收缩运动是紧密相关的。

同时，借助于电镜和荧光实验对细胞进一步分析，显示细胞的网状结构的本质是粗面的内质网，网状结构上嵌有核糖体。此外，实验观察到斑叶唇柱苣苔的柱头在开合运动时，收缩细胞也会随着运动，由此可见，两者是紧密相关的。

收缩细胞结构，（A~H）冷冻与透射电镜下的（A~D）收缩细胞和（E~H）薄壁细胞，荧光实验表征（I、J）薄壁细胞和（K、L）收缩细胞，（M）细胞的荧光信号，（N~Q）柱头开合运动。图片来源：参考文献[1]

会动的植物其实有很多！

会动的植物远不止上面所提到的斑叶唇柱苣苔，实际上，很多我们生活中常见且无比熟悉的植物也是“运动员”。

1

向日葵

“向阳而生”，是我们对向日葵的常规认识。由于太阳光照射会直接影响向日葵内部的生长素分布情况，进而影响细胞生长情况。因此，为了更好地接受到太阳辐照的光线，向日葵会随着太阳运动。

向日葵。图库版权图片，转载使用可能引发版权纠纷

2

含羞草

当我们触碰到含羞草的叶子时，由于受到外界的刺激，它们的叶柄会下垂，进而合并上叶子。过了一段时间后，它们的叶子又会自己打开，恢复原状。

之所以存在这样的运动，是和它们叶子上下部分的细胞结构有关，上部的细胞壁更厚且细胞更密，下部的更薄且细胞分布更疏。因此在外界刺激之下，下部的细胞透性快速加大，叶子便会下垂闭合了。

含羞草。图库版权图片，转载使用可能引发版权纠纷

3

合欢花

除了向日葵和含羞草之外，六七月份公园随处可见盛开的合欢花也会运动。在白天时，合欢花会在草丛中肆意绽放，但一到夜间便会悄悄地闭拢，这与它们的感夜性有关。当它们感受到外界光线的变化时，便会随之发生运动。

合欢花。图片来源：wikipedia

结语

世界之大，不同的生命都有独特之处，会动的植物是不是让你的眼前一亮？

找一个宁静的午后，伴着和煦的阳光和轻柔的微风，观察这些绿意的悄然变化。或许在观察中，你就能渐渐走入生物变化的奇妙大门。

参考资料

[1] Yin-Zheng Wang and others, A new type of cell related to organ movement for selfing in plants, National Science Review, Volume 10, Issue 9, September 2023, nwad208.

[2] 刘柏玲.斑叶草(Chirita pumila)遗传转化体系的建立[D].中国科学院大学,2013.

[3] 孙智敏.植物运动探因[J].化石, 1997(1):2.DOI:CNKI:SUN:HSZZ.0.1997-01-016.

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出品丨科普中国

作者丨石雾遥 生物学博士

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