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(jìn)行實驗。發(fā)現(xiàn)含羞草對于外部刺激的反應(yīng)和其他的草本植物沒有明顯差別。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步設(shè)計了含羞草對于寒冷的反應(yīng)實驗。通過實驗發(fā)現(xiàn)含羞草能夠?qū)洚a(chǎn)生反應(yīng)，但是需要較長時間。

關(guān)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(dāng)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(fā)現(xiàn)以來，科學(xué)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(fā)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(fā)現(xiàn)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(jìn)行實驗。

一、對前人研究結(jié)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(yīng)時間以及反應(yīng)后恢復(fù)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(shù)據(jù)的變化）。實驗的結(jié)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(yīng)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(fā)現(xiàn)這其實并不奇怪，因為含羞草“害羞”的原理其實是內(nèi)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(dǎo)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(yīng)實驗

光是重復(fù)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(chuàng)新。經(jīng)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(zhàn)）。

設(shè)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(yīng)。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(yīng)并記錄反應(yīng)時間，如果葉片閉合的話就接著記錄葉片恢復(fù)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(yīng)之后的半小時做第二次試驗；

4.在第二次試驗結(jié)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(yīng)的，只是需要相對長一些的反應(yīng)時間，花了16秒，而之后的恢復(fù)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(fù)的時間是在之前的實驗中測的；這里測的恢復(fù)時間是指葉子恢復(fù)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(jī)，所以沒有做記錄）。在第三個實驗中，發(fā)現(xiàn)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(diǎn)反應(yīng)都沒有。而第四個實驗和第五個實驗的結(jié)果很讓人感興趣，因為含羞草確實對寒冷又做出了反應(yīng)，但是第五次實驗中花費(fèi)的時間要比第四次實驗中花費(fèi)的短，又比第一次實驗中花費(fèi)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(yīng)速率。而第二次試驗的結(jié)果也很有趣：當(dāng)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(jié)果探討

（一）關(guān)于含羞草可以對寒冷做出反應(yīng)以及一段時間內(nèi)對于寒冷的反應(yīng)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(yīng)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(huán)境--南美洲熱帶雨林。熱帶雨林在雨季暴雨頻發(fā)，豆大般的雨點(diǎn)對于許多植物來說會造成毀滅性的打擊，尤其是葉片，當(dāng)植物的葉片被打的支離破碎之后，就很難進(jìn)行有效率的光合作用了，而最終逃不過死亡的命運(yùn)。對于這一點(diǎn)，含羞草的防御方式就顯得非常厲害，當(dāng)?shù)谝淮问艿接挈c(diǎn)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(huán)境中生存下來的關(guān)鍵手段，那么對寒冷做出類似的反應(yīng)可能也是因為遭遇過與寒冷有關(guān)的氣候，導(dǎo)致這種特征被保留了下來。

（二）關(guān)于只有接近葉枕的部分才可以對冷氣做出反應(yīng)

這個涉及到了含羞草對刺激做出反應(yīng)的機(jī)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(dǎo)致葉枕中的一系列反應(yīng)，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(yīng)，查閱了相關(guān)資料后，我覺得這里傳遞信息的是另外一種機(jī)制：共振（synchronization），就是細(xì)胞間直接的“光速通訊”。我認(rèn)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(guān)于較強(qiáng)刺激的信號，傳遞的距離也比較遠(yuǎn)；而共振從弱到強(qiáng)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(jìn)一步的驗證。

參考文獻(xiàn)：

[1]李贊，易藹霖，梁博懿，等.環(huán)境因素對含羞草觸覺靈敏度的影響[J].中國科技教育，2016 （10）：22-23.

[2]牟玉蘭.含羞草研究進(jìn)展[J].民營科技，2015 （05）：16.

[3]Zhang Ping and Misashi Tazawa.A new approach to cell-to-cell communication[J].C.R.Acad.Sci.Paris，t.310，Série 3，1990：665-669.