植物的奇妙感知：视觉、嗅觉、触觉与听觉

植物的奇妙感知：视觉、嗅觉、触觉与听觉

植物是否具有感知能力？它们如何感知外界环境并做出反应？中国科学院植物研究所助理研究员曹培通过一封手书回信，为我们揭示了植物感知世界的奇妙能力。

2023年5月起，“学习强国”学习平台与中国科学报社联合发起“科学家回信”活动，邀请广大读者向自己心中向往尊敬的科学家、科技工作者提问、留言。活动启动后，“学习强国”“科学网App”收到了读者的踊跃留言。本文精选了读者陈维浩的提问，请中国科学院植物研究所助理研究员曹培发出第八十五期手书回信。

读者陈维浩：植物会有知觉的吗？它们对外界的反应是属于什么类型的反应呢？有什么特点吗？

曹培：植物是有知觉的。它们通过细胞间的信号分子传递，获得类似动物的“视觉”“嗅觉”“触觉”和“听觉”，以感知光、触摸、化学物质和声音等多种外界因素，进而做出反应。

1.植物有类似视觉的能力。它们通过细胞中的光感受器感知光线的强度、方向、颜色等。比如，向日葵会随着太阳的运行而转动自己的花盘，即表现出向光性。有些植物还能根据季节和昼夜长度来决定何时开花，这被称为光周期现象。

2.植物有类似嗅觉的能力。它们能借助一些特殊的分子来感知空气中的挥发性化合物。植物能产生和释放多种挥发性化合物，如花香、果香、草香等，这些气味可吸引或驱赶不同的动物，如传粉者、捕食者或寄生者。同时，植物也能接收并响应其他植物或动物释放的挥发性化合物，从而调节自身的生理和行为。例如，将未熟的水果与熟透的香蕉一同放入纸袋中，可催熟未熟水果，因为熟透的香蕉会产生乙烯气体，促使未熟水果产生催熟激素。

3.植物也有类似于触觉的能力。它们通过细胞膜上的机械受体感知机械压力或形变，并将这些机械信号转化为电信号或化学信号。如捕蝇草等食虫植物，当小飞虫触碰到其叶片上的绒毛机关时，捕蝇草会迅速做出反应。有趣的是，单次触摸并不会触发陷阱关闭，只有在20秒的时间间隔内被触碰到两次，捕虫夹才会闭合，以避免浪费能量。这是捕蝇草进化出的特殊本领。再如，含羞草在受到触碰时，叶子会闭合、枝条下垂，这是因为触感信号激活了小叶基部的液压泵，导致叶片弯曲。这有助于含羞草更好地抵御风吹雨淋和虫害等自然现象，是其遇到环境变化时的一种自我保护机制。

4.植物还具备类似于听觉的能力。声音作为波，当这些声波触及植物时，植物能感受到振动，并在细胞内引发相应的生化反应。科学家发现，月见草能通过花瓣感知蜜蜂扇动翅膀发出的“嗡嗡”声，并在几分钟内使花蜜中的糖浓度增加20%。这些植物甚至能排除风声等不相关的背景噪音，仅对蜜蜂的“嗡嗡”声做出反应。此外，声音刺激还能调控葡萄中花青素和乙烯合成基因的表达，促进花青素和乙烯的积累，进而调控果实的成熟。

因此，尽管植物没有人类的感知器官、大脑和神经系统，但它们确实具有知觉，并能通过细胞内的信号分子快速传递信息，使植物能够迅速地对外部环境的变化做出反应。对植物感知能力的研究有助于人类更深入地了解植物的生长和发育过程，为农业生产提供更有力的技术支持。