向光性和向重力性

　　我们在家种植物时，会发现光从窗户射进来，总有植物会努力地朝着光的方向生长，茎弯向光的方向，而且越长越弯。这就是植物的向光性，冲着天空生长，因为植物需要光进行光合作用。

　　另一方面，植物需要从土壤中汲取水分和矿质营养，当然也需要把自己固定在土壤当中。所以，植物的根系生长的时候，就会拼命地向下生长，或者说向着地心的方向生长。于是，就形成了植物根系向地性（向重力性）的特征。

　　两种假说

　　1880年，著名的生物学家达尔文提出过一个假说。他认为，植物的根尖是植物感受重力的核心点，生长旺盛的根尖知道这重力的方向在什么地方。后来，一些植物学家继承并发展了达尔文的学说，提出了其他假说，主要有两种：一个是“淀粉-平衡石”假说，另一个是“细胞网络骨架”假说。

　　“淀粉-平衡石”假说认为，植物对重力的感受是通过体内一类富含淀粉体的细胞，即平衡细胞来实现的。当重力方向发生改变时，平衡细胞中的淀粉体就会沿着重力方向沉降，引起植物体内一系列信号分子的改变，如通过影响生长素的运输，导致生长素沿着重力刺激的方向不对称分布，从而造成重力对植物生长的影响。

　　“细胞网络骨架”假说认为，在植物的细胞里，所有的细胞器都是挂在这个细胞骨架上面的，包括线粒体、叶绿体、内质网、细胞核等细胞器并不是随意地分布在细胞质里面，而是通过很多细胞骨架（微管和微丝），精确地固定在特定的位置上。这就像晾衣绳挂上衣服会弯曲一样，细胞骨架上面挂着这么多细胞器，肯定也会有一定程度的弯曲。细胞骨架的弯曲让细胞知道哪儿是朝下，或者说哪儿是向着地心的方向。

　　注意了：不管是“淀粉-平衡石”假说还是“细胞网络骨架”假说，核心都是植物细胞感受到了物理牵扯，从而调整生长的方向。

　　研究新发现：LAZY蛋白是关键

　　但是，清华大学生命科学学院研究员陈浩东团队的一项最新研究发现，细胞感受到的其实是化学信号，并非压力信号。淀粉体上结合的特殊蛋白质，才是植物感受天、地的关键信号。

　　在这个研究中，LAZY蛋白是关键。实际上，科学家在10多年前就发现了这种蛋白质及其功能。如果这个蛋白表达出问题，那植物就会瘫软在地上，变成软塌塌的一大丛。因为LAZY蛋白是调节植物生长角度的关键蛋白。

　　在正常的情况下，LAZY蛋白就聚集在淀粉体沉降的位置，也就是细胞的底部。在这里，它可以调节植物生长素的分泌，指导细胞的分裂，从而促使根尖向着地心的方向生长。

　　而当我们把整棵植物平放至与重力垂直的方向上时，细胞中的淀粉体会随着重力被搬运到或者说沉降到细胞的其他部位。淀粉体的表面就会吸附很多LAZY蛋白，然后将其运送到新的细胞膜上。在这里，LAZY蛋白就开始指导说：“哎，告诉你，现在这里是朝下的位置。生长素，你们开始调整一下你们的工作地点吧！”于是，植物根系调整了细胞的分裂和生长的方向。

　　最终，我们看到了下面的根就是朝着重力的方向去生长了。

　　在微重力环境下，细胞中的淀粉体没有明显的沉落方向，反而会均匀地分布在这个细胞当中，相关的LAZY蛋白在整个细胞膜上的分布也变得很均匀。于是，植物体就会朝着四面八方生长。

　　我们在海洋里或者淡水水体里看到的沉水植物，很多情况下，它们都是没有一个特定的生长方向，包括很多藻类生物，也没有明确的根、茎、叶的分化。因为它们的整体生活环境都是一模一样的，所以也不需要有什么样的分化。但是，在陆地上就必须有这样一个分化，不同的细胞对应不同的资源和环境——根要吸水，叶子要晒太阳……而这个过程中，LAZY蛋白发挥了大作用，正是因为它的存在，植物才区分出了天和地。