路边杂草如何积聚爆炸力来投掷种子

毛苦菜是一种将种子抛向各个方向以有效传播种子的植物。一个研究小组现在发现，为了做到这一点，植物使用了一种以前未知的机制，使种子荚收缩并突然打开，几乎就像肌肉一样。

图宾根大学植物分子生物学中心的GabriellaMosca博士是这项研究的主要作者之一，该研究由科隆马克斯·普朗克植物育种研究所的AngelaHay博士领导。该结果现已发表在《当代生物学》杂志上。

毛苦芥菜(Cardaminehirsuta)是一种一年生草本植物，可长至30厘米高。“这些豆荚由两个长阀门组成。当种子准备好散布时，这些阀门会迅速卷回，以惊人的速度加速种子的传播——最高可达每秒10米，”AngelaHay报告道。

压力积聚

该研究的主要作者GabriellaMosca博士和RyanEng博士发现，植物利用自身细胞的生长过程，在豆荚中产生组织范围的收缩，从而产生足够的张力，使豆荚爆炸。“扩张性生长会导致组织收缩，这似乎是矛盾的，但在某些条件下，一种可能导致另一种，”莫斯卡说。

在生长过程中，豆荚中的细胞不仅大小发生变化，而且形状也发生变化。每个细胞的形状受到细胞壁中纤维素纤维排列的影响。“这些纤维就像钢缆一样，很难拉伸。因此，生长的细胞别无选择，只能以与纤维素纤维成直角的方式生长，”莫斯卡解释道。

“在爆炸性的种子荚中，纤维素纤维的排列方式使细胞生长成特定的形状，在每个细胞内部膨胀压力的作用下，引起组织范围的收缩。这几乎就像肌肉在人或动物。”

细胞壁的计算机模型

该过程通过细胞壁中纤维素纤维的纵横交错图案进行了优化。“当细胞以交叉的纤维素纤维而不是平行的纤维素纤维生长时，这会增加额外的伸展度，”莫斯卡说。“种荚细胞壁中纵横交错的纤维素纤维可能看起来是随机的。但事实上，这种模式对于喷射机制至关重要。”

研究人员使用活细胞成像和定量技术来测量细胞生长。此外，莫斯卡与约翰·英尼斯中心的理查德·史密斯博士合作，为本研究开发了植物细胞壁多层结构的计算机模型。该模型是他们开发的用于模拟植物力学和生长的软件的一部分，该软件名为MorphoMechanX。该模型现在可用于植物生物力学和细胞壁研究的进一步研究。

对于研究人员安吉拉·海伊和加布里埃拉·莫斯卡来说，研究结果还提出了进一步的问题。“我们想了解豆荚生长过程中微管如何在协调开关中重新定向。爆炸过程取决于这种开关，”Hay说。微管是细胞中的结构助手，形成一种轨道系统来引导纤维素纤维的构建。

“此外，通过拍摄弹射过程，我们注意到爆炸期间所有吊舱阀门都以相同的空间排列卷起。在蒂宾根大学的工作组中，我想继续研究协调这一机制的机制，”莫斯卡说。