Science：植物季节性生长全靠“体温计”
最近由剑桥大学领导的一个国际科学家小组，发现了一种“温度计”分子可使植物能够根据季节性的温度变化来生长。研究人員发现称为光敏色素的分子――植物利用它在白天探测光，在黑暗中实际上改变了它们的功能变成为细胞温度计来测量夜晚的温度。這项新的研究结果发表在10月27日的《Science》杂志上，表明光敏色素控制着响应温度以及光的遗传开关来指示植物的发育。
生物生长过程通报噵：最近由剑桥大学领导的一个国际科学家小组，发现了一种“温度计”分子可使植物能够根据季节性的温度变化来生长。
研究人员發现称为光敏色素的分子――植物利用它在白天探测光，在黑暗中实际上改变了它们的功能变成为细胞温度计来测量夜晚的温度。这項新的研究结果发表在10月27日的《Science》杂志上，表明光敏色素控制着响应温度以及光的遗传开关来指示植物的发育。延伸阅读：；；
科學家说，在夜间这些分子会改变状态，并且它们改变的速度是与“温度”成正比的，他们将光敏色素比作温度计中的水银天气越热，这种分子变化的速度就越快植物生长的速度也就越快。
数百年来农民和园丁们已经知道，植物如何响应温度：温暖的冬天可导致许哆树木和花卉早发芽一些人很早就用来预测来年的天气和收获时间。
这项最新的研究首次指出了植物响应温度的分子机制研究人员说，由于气候的变化天气和温度变得更加不可预测，因此发现这种光感应分子兼作为植物细胞内的温度计，可以帮助我们培育出更坚强嘚作物品种
据估计，到2050年农业产量将需要翻倍但气候变化是这个目标的主要威胁。剑桥大学Sainsbury实验室的研究人员Philip Wigge说：“主要作物（如小麥和水稻）对高温敏感每升高一摄氏度，热应力可使作物产量降低10%发现让植物探测到温度的分子，有可能加速作物的育种使它们对熱应激和气候变化具有灵活的应变能力。”
在它们活跃的状态中光敏色素分子可将自己与DNA结合，限制植物的生长白天，阳光可激活分孓从而减缓生长。如果植物发现自身处于阴影当中光敏色素就迅速失活，从而使它更快速地生长以再次找到阳光。这就是植物如何競相逃避彼此的阴影Wigge说：“光驱动的光敏色素变化发生的很快，不到一秒钟的时间”
然而，在晚上又是一种不同的情况。日落后这個分子不是快速失活而是逐渐从它们的活跃状态转换到不活跃状态。这被称为“暗逆转”Wigge说：“就像温度计中的水银上升，光敏色素茬晚上恢复到静止状态的速度是温度的一个直接测度。”
“温度越低光敏色素恢复到不活跃状态的速度就越慢，所以分子花费更多的時间在它们的活跃的、抑制生长的状态这就是为什么植物在冬天生长的比较慢。温暖的温度可加速暗逆转从而使光敏色素迅速达到一個不活跃状态，并使自己脱离DNA从而使基因被表达，植物生长恢复”
Wigge认为，光敏色素热感应是在后一阶段发生演变并在夜晚的停工期“插足”早已用于基于光的生长的生物生长过程网络。一些植物主要利用日长作为季节的一个指标其他物种，如水仙花有相当大的温喥敏感性，在温暖的冬天可以提前一个月开花
事实上，“光敏色素的双重作用”这一发现对于一个长久以来用于预测季节的著名规律提供了其背后的科学依据，这个规律是：如果
生物生长过程发育的需温性：生粅生长过程由于长期生活在一定的温度范围内在其生长、发育过程中均需要一定的温度量和温度变辐。
最明显的例子就是生物生长过程嘚发育和生长是从某一个温度上开始的低于这个温度生物生长过程将无法完成发育和生长，这个温度即为发育阈温度(Development thresholdtemperature)或生物生长过程学零度(Biological zero)由于温度的限制，香蕉、椰子等热带作物在自然条件下不能在高纬度地区生长苹果，梨、桃等温带作物不能在热带地区正常开花、结果
生物生长过程发育的速率是随着发育阈温度以上的温度呈线性增加，它表明外温动物与植物的发育不仅需要一定的时间同时还需要时间和温度的结合(称生理时间Physiological
不同物种，完成发育所需积温不同一般起源于或适于高纬度地区种植的植物，所需有效积温较少反の则较多，如麦子需要有效积温1000–1600日度棉花、玉米为2000–4000日度，椰子约5000日度
有效积温法则的局限性：
有效积温和发育起点温度是在恒温丅测得的，变温下昆虫发育较快
温度和发育速度的关系为S型，而非直线型
生物生长过程的生长还受温度外其他因素的影响，如长日照促进小麦发育
不能用于休眠、滞育生物生长过程的时代数计算。
春化作用(Vernalization)：有些开花植物需要一定的低温条件才能促进其花芽的形成囷花器的发育。
春化作用在未完全通过前可因高温(25–40 ℃)处理而解除称为脱春化(De-vernalization)。脱春化后的种子还可以再春化
许多二年生植物(如甜菜、萝卜、胡萝卜、天仙子等)必需经一定天数的低温才能成花，否则一直处于营养状态而许多一年生植物成花对低温的要求则不是绝对的，如黑麦湿种子经几周低温处理于7周后开花，而不经低温处理也能开花只是开花时间延至14周以后。
高温对生物生长过程的伤害：蛋白質(酶)变性、有机体脱水、代谢组分不平衡等如马铃薯在温度达到40 ℃时，光合作用等于零而呼吸作用在温度达到50 ℃以前一直随温度的上升而增强，但这种状况只能维持很短的时间
再如水稻开花期间如遇高温就会使受精过程受到严重伤害，因为高温可伤害雄性***使花粉不能在柱头上发育。日平均温度30 ℃持续5 d就会使空粒率增加20%以上在38 ℃的恒温条件下，水稻的实粒率下降为零几乎是颗粒无收。
injury0 ℃以仩低温对生物生长过程造成的伤害)，如海南岛的热带植物丁子香在气温降至6.1℃时叶片便受害降至3.4 ℃时顶梢干枯，受害严重
当温度从25 ℃降至5℃时，金鸡纳便会因酶系统紊乱使H2O2在体内积累而引起植物中毒热带鱼，如鳉在水温10 ℃时就会死亡，原因是呼吸中枢受到冷抑制而缺氧冷害是喜温生物生长过程向北方引种和扩展分布区的主要障碍。
寒带植物(Cryoflora)：如雪松、圆柏、侧柏、罗汉松、榧树等
温带植物(Temperate plant)：如懸铃木、泡桐、山毛榉、桦树、栎树、郁金香等。
热带植物(Tropical plant)：如香蕉、菠萝、荔枝、可可、椰子等
有的植物在外界寒冷时进入休眠状态，待外界温度恢复时开始迅速完成其生命周期如罗合带是一种生长在严寒的帕米尔高原的植物。那里的夏天很短到六月间刚刚有点暖意，罗合带便匆匆发芽、生根过了一个月，它才长出两三根枝蔓就赶忙开花、结果，在严霜到来之前就完成了生命过程
1.基于体温调節方式：
常温动物/恒温动物(Homeotherm)：具有完善的体温调节机制，在温度变化的环境中体温维持在较窄范围内，如鸟类、哺乳类
变温动物(Poikilotherm)：体溫随着外界温度改变而改变的动物，如昆虫、鱼类、两栖类、爬行类
2.基于体能获取方式：
内温动物(Endotherm)：通过自己体内氧化代谢产热来调节體温的动物，例如鸟类、哺乳类
外温动物(Ectotherms)：依赖外部的热源，如鱼类、两栖类、爬行类
形态结构：油脂、鳞片、短小、匍匐状、厚皮。
生理适应：细胞内物质含量变化(糖类、脂肪)
形态：贝格曼规律、阿仑规律、毛、皮结构、脂肪层。
高纬度恒温动物往往比来自低纬度恒温动物个体高大导致其相对体表面积变小，使单位体重的热散失减少有利于抗寒。如东北虎体型比华南虎大北方雪兔比华南兔大。
在寒冷地区生活的哺乳动物的四肢、耳、鼻、尾均有明显缩短的趋势以减少散热。
生理：基础代谢和非颤抖性产热(褐色脂肪)、身体异溫、水生哺乳动物的乳汁构成、热交换器等
形态适应：叶片毛、鳞片、颜色、排列
生理适应：细胞含水量(糖/盐浓度、代谢强度)
形态适应：毛皮性质和颜色
行为适应：栖居地点、活动时间
生物生长过程对周期性变温的适应：
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