利用新的生物电子技术在植物中绘制快速电信号

当食肉植物维纳斯捕蝇草捕捉到昆虫时，它的内部会发生什么?新技术导致人们发现了导致陷阱突然关闭的电信号。生物电子技术可以对植物如何应对周围环境和压力进行深入研究。

大多数人都知道人类和其他动物的神经系统会发送电脉冲。但是，即使植物缺乏神经系统，它们也有电信号吗?是的，植物具有响应触摸和压力因素而产生的电信号，例如食草动物造成的伤口和对其根部的攻击。与可以让路的动物不同，植物必须应对其生长的压力因素。

“目前非常需要开发抗压能力更强的植物，以便我们将来能够种植粮食并拥有健康的森林。这就是为什么我们了解植物如何应对压力很重要，我认为这项新技术可能会在这一研究领域做出贡献。” 瑞典林雪平大学科学技术系副教授、电子植物小组组长 Eleni Strinidou 说道。

事实证明，在某些植物中，电信号与快速运动相关。研究人员使用食肉植物捕蝇草(Dionaea muscipula)作为植物中快速电信号传导的模型系统。

捕蝇草陷阱的内侧有细小的感觉毛。头发的弯曲(例如昆虫的弯曲)可能会导致捕捉器突然关闭。捕获的动物随后被陷阱中的酶分解，植物吸收营养。但要关闭陷阱，需要在大约 30 秒内触摸感觉毛发两次。这样，植物就可以节省能量，因为每次毛发受到潜在猎物以外的事物刺激时，植物就不会突然关闭。

生物体中的电信号传导基于细胞内部和外部环境之间的电压差。当离子(即带电原子)在电池内部和外部之间移动时，就会产生这种电压差。当信号被触发时——例如通过弯曲感觉毛发形式的机械刺激——离子会非常快速地流过细胞膜。电压的快速变化会产生传播的脉冲。

关于神经冲动如何在人类和其他动物中发挥作用已有丰富的知识。但对于没有神经系统的植物来说，还有很多东西有待发现。

在发表在《科学进展》上的研究中 ，研究人员展示了一种多电极阵列技术，用于检查捕蝇草中电信号的出现和传播。这项新技术是由林雪平大学的研究人员与哥伦比亚大学的研究人员合作开发的，他们利用这项技术对动物进行神经科学研究。

新开发的测量装置由一个非常薄的薄膜组成，薄膜内有电极。由于它的厚度大致与覆盖食物的保鲜膜一样薄，因此它遵循植物叶瓣外部的曲率。研究人员戳了一根感觉毛发，并使用大约 30 个电极测量了肺叶的信号。他们还拍摄了植物的运动，以便能够将电信号与捕蝇草的关闭联系起来。

在之前的研究中，通常只使用一个测量点，这无法精确定位信号的来源或其传播方向。

“我们现在可以肯定地说，电信号源自维纳斯捕蝇草的感觉毛发。通过我们的技术，我们还可以看到信号主要从头发径向传播，没有任何明确的方向，”Eleni Strinidou 说。

新的测量技术还让研究人员发现新的信息。

“由于我们可以测量整个陷阱的信号，我们发现信号有时是自发的，来自未受刺激的感觉毛发。这非常有趣，我们还不知道为什么会发生这种情况，也不知道它的功能是什么。这项研究最重要的方面之一是我们表明，广泛应用于生物医学研究的生物电子技术也可以应用于植物生理学研究，从而为新发现开辟了可能性。”Eleni Strinidou 说。

该研究获得了瑞典战略研究基金会、欧盟地平线2020研究与创新计划以及林雪平大学先进功能材料(AFM)瑞典政府材料科学战略研究领域的资助。

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