試論含羞草對外部刺激的反應

兌馭霄

摘要：為了驗證前人對含羞草的研究成果，筆者自己動手進行實驗。發現含羞草對于外部刺激的反應和其他的草本植物沒有明顯差別。在此基礎上進一步設計了含羞草對于寒冷的反應實驗。通過實驗發現含羞草能夠對寒冷產生反應，但是需要較長時間。

關鍵詞：含羞草；外部刺激；寒冷

眾所周知，含羞草之所以叫含羞草，是因為當我們用手觸摸它的葉片的時候，它會迅速把葉子合起來，就像害羞了一樣。自從1825年含羞草被發現以來，科學家懷著對它的好奇心做了許多實驗，比如用火燒含羞草的葉子，用電流刺激含羞草，還有測量含羞草受刺激時發出的電位等等。我最近苦于尋找能夠研究的課題，偶然想到了含羞草，查了不少資料后發現對它有些感興趣，懷著實踐才是真理的精神，我自己也上淘寶買了100粒種子，并自己種植進行實驗。

一、對前人研究結果的驗證

大約兩個月后，含羞草終于成形了，我首先測試了一下前人們的研究成果，比如測反應時間以及反應后恢復的時間等等，而其中令我印象最深的實驗就是測含羞草受到刺激時釋放出的電位，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，記錄數據的變化）。實驗的結果有些出乎我的意料：含羞草與其它普遍的草本植物在對刺激的反應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并沒有比其它同類的植物更加敏感。查閱了更多資料后，發現這其實并不奇怪，因為含羞草“害羞”的原理其實是內部的維管束（vascular bundle）傳遞動作電位（action potential）到葉枕（pulvinus），之后葉枕中的肌動蛋白（actin）接收到這種信號后，上面的磷酸會脫落，導致葉枕中水分流出，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，之后含羞草會通過光合作用積攢能量，使葉子再次打開。

二、含羞草對于寒冷的反應實驗

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

設計實驗：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。我一共做了5次試驗，試驗步驟如下：

1.將冰塊放在含羞草葉子的正上方，觀察葉片的反應并記錄反應時間，如果葉片閉合的話就接著記錄葉片恢復所用時間。

2.第二天，將冰塊懸空在半邊葉片的上方；

3.在葉片第一次反應之后的半小時做第二次試驗；

4.在第二次試驗結束后一小時做第三次試驗；

5.同理，一個半小時之后做第四次試驗。

含羞草是可以對寒冷做出反應的，只是需要相對長一些的反應時間，花了16秒，而之后的恢復花的時間也比平時被觸摸后多一些，花了7分鐘，大概多了1-2分鐘（觸摸后恢復的時間是在之前的實驗中測的；這里測的恢復時間是指葉子恢復到半展開的時間，全部打開的話大概需要20分鐘到半個小時，由于實在不好把握全部展開的時機，所以沒有做記錄）。在第三個實驗中，發現半個小時其實是不夠含羞草積蓄能量的，因為它對冰塊一點反應都沒有。而第四個實驗和第五個實驗的結果很讓人感興趣，因為含羞草確實對寒冷又做出了反應，但是第五次實驗中花費的時間要比第四次實驗中花費的短，又比第一次實驗中花費的時間長，這說明有什么因素影響了含羞草對同樣一種刺激的反應速率。而第二次試驗的結果也很有趣：當冰塊只懸在葉片上方時，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為葉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、實驗結果探討

（一）關于含羞草可以對寒冷做出反應以及一段時間內對于寒冷的反應變慢了

含羞草閉合葉子再張開這個過程是要消耗很多能量的，而且會降低葉片光合作用的效率，對于植物來說應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為它所處的特殊環境--南美洲熱帶雨林。熱帶雨林在雨季暴雨頻發，豆大般的雨點對于許多植物來說會造成毀滅性的打擊，尤其是葉片，當植物的葉片被打的支離破碎之后，就很難進行有效率的光合作用了，而最終逃不過死亡的命運。對于這一點，含羞草的防御方式就顯得非常厲害，當第一次受到雨點打擊的時候立馬將葉片合上，這樣減小了可能受到打擊的面積，也就減小了暴雨對植物的損害。既然含羞草這種防御行為是它們在熱帶雨林這種環境中生存下來的關鍵手段，那么對寒冷做出類似的反應可能也是因為遭遇過與寒冷有關的氣候，導致這種特征被保留了下來。

（二）關于只有接近葉枕的部分才可以對冷氣做出反應

這個涉及到了含羞草對刺激做出反應的機理。對于含羞草“害羞”最普遍的解釋在上文提到過，是維管束傳遞動作電位到葉枕后，導致葉枕中的一系列反應，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，但是實驗中葉片卻對“寒冷”沒有明顯反應，查閱了相關資料后，我覺得這里傳遞信息的是另外一種機制：共振（synchronization），就是細胞間直接的“光速通訊”。我認為它在平時的信號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，我的猜測是維管束只傳遞關于較強刺激的信號，傳遞的距離也比較遠；而共振從弱到強的信號都能夠傳遞，但是傳遞的距離較短，不過這個猜測也還需要進一步的驗證。

參考文獻：

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