试论含羞草对外部刺激的反应

兑驭霄

摘要：为了验证前人对含羞草的研究成果，笔者自己动手进行实验。发现含羞草对于外部刺激的反应和其他的草本植物没有明显差别。在此基础上进一步设计了含羞草对于寒冷的反应实验。通过实验发现含羞草能够对寒冷产生反应，但是需要较长时间。

关键词：含羞草；外部刺激；寒冷

众所周知，含羞草之所以叫含羞草，是因为当我们用手触摸它的叶片的时候，它会迅速把叶子合起来，就像害羞了一样。自从1825年含羞草被发现以来，科学家怀着对它的好奇心做了许多实验，比如用火烧含羞草的叶子，用电流刺激含羞草，还有测量含羞草受刺激时发出的电位等等。我最近苦于寻找能够研究的课题，偶然想到了含羞草，查了不少资料后发现对它有些感兴趣，怀着实践才是真理的精神，我自己也上淘宝买了100粒种子，并自己种植进行实验。

一、对前人研究结果的验证

大约两个月后，含羞草终于成形了，我首先测试了一下前人们的研究成果，比如测反应时间以及反应后恢复的时间等等，而其中令我印象最深的实验就是测含羞草受到刺激时释放出的电位，并拿它与其他一些植物做了比较，比如绣球花，葫芦藤，狗尾草还有常春藤（由于没有专门的仪器，我用电压表连上电极，记录数据的变化）。实验的结果有些出乎我的意料：含羞草与其它普遍的草本植物在对刺激的反应上并没有明显的差别，都低于木本植物（比如绣球花，常春藤），而木本植物又低于藤本植物（葫芦藤和常春藤），所以含羞草的感官上其实并没有比其它同类的植物更加敏感。查阅了更多资料后，发现这其实并不奇怪，因为含羞草“害羞”的原理其实是内部的维管束（vascular bundle）传递动作电位（action potential）到叶枕（pulvinus），之后叶枕中的肌动蛋白（actin）接收到这种信号后，上面的磷酸会脱落，导致叶枕中水分流出，膨压（turgor pressure）降低，这样叶枕便无法支撑叶子展开，所以叶子也就合上了，之后含羞草会通过光合作用积攒能量，使叶子再次打开。

二、含羞草对于寒冷的反应实验

光是重复前人的工作让我有些不够满足，既然研究了这个课题就得想办法做一些力所能及的创新。经过苦想，我最终想到了寒冷会不会也可以刺激到含羞草（灵感来源于人会打寒战）。

设计实验：由于条件的限制，我找不到那种可以保持灯常亮而且门透明的冰箱，于是用纸包了一块冰，垂直放在含羞草叶子上方约1cm处，等待冰块的冷气下降，观察含羞草的反应。我一共做了5次试验，试验步骤如下：

1.将冰块放在含羞草叶子的正上方，观察叶片的反应并记录反应时间，如果叶片闭合的话就接着记录叶片恢复所用时间。

2.第二天，将冰块悬空在半边叶片的上方；

3.在叶片第一次反应之后的半小时做第二次试验；

4.在第二次试验结束后一小时做第三次试验；

5.同理，一个半小时之后做第四次试验。

含羞草是可以对寒冷做出反应的，只是需要相对长一些的反应时间，花了16秒，而之后的恢复花的时间也比平时被触摸后多一些，花了7分钟，大概多了1-2分钟（触摸后恢复的时间是在之前的实验中测的；这里测的恢复时间是指叶子恢复到半展开的时间，全部打开的话大概需要20分钟到半个小时，由于实在不好把握全部展开的时机，所以没有做记录）。在第三个实验中，发现半个小时其实是不够含羞草积蓄能量的，因为它对冰块一点反应都没有。而第四个实验和第五个实验的结果很让人感興趣，因为含羞草确实对寒冷又做出了反应，但是第五次实验中花费的时间要比第四次实验中花费的短，又比第一次实验中花费的时间长，这说明有什么因素影响了含羞草对同样一种刺激的反应速率。而第二次试验的结果也很有趣：当冰块只悬在叶片上方时，不足以刺激含羞草。这是为什么呢？一种很普遍的解释是说因为叶枕是控制含羞草叶片末端膨压的地方，所以自然比叶片要更加敏感。

三、实验结果探讨

（一）关于含羞草可以对寒冷做出反应以及一段时间内对于寒冷的反应变慢了

含羞草闭合叶子再张开这个过程是要消耗很多能量的，而且会降低叶片光合作用的效率，对于植物来说应该是能避免就避免的一件事，但含羞草仍然将这一特征保留下来的原因是因为它所处的特殊环境--南美洲热带雨林。热带雨林在雨季暴雨频发，豆大般的雨点对于许多植物来说会造成毁灭性的打击，尤其是叶片，当植物的叶片被打的支离破碎之后，就很难进行有效率的光合作用了，而最终逃不过死亡的命运。对于这一点，含羞草的防御方式就显得非常厉害，当第一次受到雨点打击的时候立马将叶片合上，这样减小了可能受到打击的面积，也就减小了暴雨对植物的损害。既然含羞草这种防御行为是它们在热带雨林这种环境中生存下来的关键手段，那么对寒冷做出类似的反应可能也是因为遭遇过与寒冷有关的气候，导致这种特征被保留了下来。

（二）关于只有接近叶枕的部分才可以对冷气做出反应

这个涉及到了含羞草对刺激做出反应的机理。对于含羞草“害羞”最普遍的解释在上文提到过，是维管束传递动作电位到叶枕后，导致叶枕中的一系列反应，最后膨压下降，叶片闭合。这里的维管束是普遍存在于叶片中的，但是实验中叶片却对“寒冷”没有明显反应，查阅了相关资料后，我觉得这里传递信息的是另外一种机制：共振（synchronization），就是细胞间直接的“光速通讯”。我认为它在平时的信号传递中只起了很小的作用，不过在这里，它却是主要的传递方式。至于原因，我的猜测是维管束只传递关于较强刺激的信号，传递的距离也比较远；而共振从弱到强的信号都能够传递，但是传递的距离较短，不过这个猜测也还需要进一步的验证。

参考文献：

[1]李赞，易蔼霖，梁博懿，等.环境因素对含羞草触觉灵敏度的影响[J].中国科技教育，2016 （10）：22-23.

[2]牟玉兰.含羞草研究进展[J].民营科技，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.