没有鼻子的植物也能“嗅”到危险？科学家：它通过酸味儿躲避同类“尸体”

人类对危险的气味异常敏感。当我们闻到动物尸体腐败产生的恶臭气味（来自尸胺和腐胺等物质）时，会不由自主地产生厌恶情绪，同时警觉性迅速提升，进而做出规避行为。因为这类气味信号通常意味着环境中存在极大的安全风险。

在西北农林科技大学最新的一项研究中发现，植物也具有类似的避险能力。它们的根系能够探知土壤中的植物腐烂物，并据此调整生长方向，以规避潜在风险。那么，植物是如何做到这点的呢？这种规避行为又会给它们带来哪些好处呢？

植物也不喜欢同类“尸体”。图库版权图片，转载使用可能引发版权

向光，向水，向地：植物的趋利行为

虽然植物不能像动物一样自由移动去寻找食物和适宜的生存环境，但它们能够通过特定的细胞分裂与生长，来调整根茎叶的生长方向，这种行为被称为植物的“向性运动”。在此之前，科学家已经发现并剖析了多种植物的向性运动，典型的向性运动包括向光性、向水性和向地性。

早在 1881 年，达尔文父子就通过实验发现，在单侧光的照射下，金丝雀虉草的幼芽会向着光源的方向弯曲。1928 年，荷兰植物学家弗里茨·沃尔莫特·温特将一盆燕麦苗置于暗室中，一段时间后再用特殊的光照射它们，这些燕麦苗都弯向了光源方向。在随后的研究中，科学家们发现这种“光的魔法”与植物体内的激素——生长素有关。当植物接受光照时，受光照一侧的生长素浓度低，背光一侧的生长素浓度高。这样一来，背光一侧的细胞生长会更快，而受光一侧则相对较慢。于是，植物的茎、叶、花就被推向了光源的方向。

植物的向水性则发现得更早。早在 1658 年，意大利学者吉安·巴蒂斯塔·德拉·波尔塔就通过粗略的实验记录到了植物根系朝向水分生长的现象。到了 1881 年，英国科学家奈特利用旋转轮进行了经典实验，证明植物根系不仅受重力影响，还受到水分分布的吸引。但其具体机制的破解，则是 100 多年后的事情了。2003 年，科学家最终发现了植物向水性的秘密：当土壤水分分布不均时，根尖会检测到水分的差异。在根部水分较少的一侧，生长素浓度会增加，并促进细胞快速伸长；而水分充足一侧的细胞伸长则受抑制，从而导致整个根系向潮湿方向弯曲生长。

在植物的三种向性生长中，最晚被揭开秘密的其实是根的向地性生长行为。1880 年，著名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重力方向在何处，但后来达尔文并未做出更多解释。在随后的百年时间里，出现了多个科学假说，其中最有代表性的就是“平衡石假说”——细胞质中的淀粉体会在重力作用下沉降到细胞底部，当细胞膜感受到压力时，就会根据压力方向明确自己的生长方向。然而，这个假说一直都没有得到实验支持。

直到 2023 年，来自清华大学的研究团队彻底破解了这个百年谜题。植物的向地性生长确实与淀粉体有关，只不过植物细胞感受的并非压力信号，而是化学信号——淀粉体上结合的特殊蛋白质才是植物感受天和地的关键信号。当淀粉体因重力沉降到细胞底部时，其上附着的一种特殊 LAZY 蛋白就会通知细胞，开始重新调整生长素的分布。这样一来，植物根系得以调整细胞分裂和伸长的方向。最终，我们看到根系朝着重力的方向伸长。

向光、向水、向地性，都通过生长素起作用。

无论是植物的向光性、向水性还是向地性，虽然感受机制有所差别，但都是通过调整生长素的分布最终实现目标。然而，最近发现的根系躲避腐败植物体的现象，却有着完全不同的机制。

全新向性：靠酸味躲避腐败区域

如果说向光、向水和向地生长都是植物的趋利行为，那么躲避腐烂的植物体，就是典型的植物避险行为了。2026年 7 月，西北农林科技大学的张余周教授团队在《科学》杂志在线发表了《根系通过感知局部 pH 梯度绕开腐败区域》一文，定义了一种新的植物向性生长——避腐性。

通常来说，人们都认为植物与土壤是相伴相生的关系，植物从土壤中获取水分和矿物质营养，而土壤中的腐殖质是植物营养的重要来源。但被大家经常忽略的一点是，对植物根系而言，土壤中的有害微生物，特别是致病真菌，是其大敌。真菌侵染会破坏根系组织，影响水分和矿物质营养吸收，甚至导致植物死亡；而正在腐烂的植物体，不仅不能为根系提供营养，反而会成为劫掠植物根系的海盗据点。所以，如何躲避这些危险区域就成了植物生存的必备技能。

实验发现，不管是拟南芥的根系，还是油菜、番茄和小麦的根系，都能很好地识别并规避正在腐烂的植物组织（如落叶或苹果），说明这种行为在植物界普遍存在。

那么，植物根系是如何识别植物腐败区域并调整生长方向的呢？

这是因为植物组织在腐烂过程中，真菌发挥了重要作用。真菌的代谢产物中含有大量有机酸和酚酸类物质，且距离腐败植物体越近，浓度越高。植物根系正是依据这一pH 值梯度信号来调整生长方向，从而躲避危险。

当根表皮细胞感知到这一信号后，会将其转化为植物体内脱落酸（ABA）的不对称分布，进而调整细胞内微管的排布，以及根表皮细胞的手性扭转（即决定细胞向左还是向右扭转）。

植物根系避腐性示意图。图源：来自论文

根系细胞质膜上的平行微管如同一条条运输导轨，牵引着纤维素合成酶复合体（CSC）移动。这些复合体产生的纤维素分子会沿着微管排列的方向沉积，最终像箍圈一样束缚住细胞，迫使植物根系细胞只能沿着与微管垂直的方向伸长。当根系接收到 ABA 信号后，平行微管会改变排列方向，进而改变纤维素的沉积方向，最终使根系细胞的伸长方向发生偏转。

同时，ABA 的不对称分布还会改变根系表皮细胞的扭转方向，使根系如同拧麻花一般发生扭转。在以上双重机制的共同作用下，植物根系最终实现了定向弯曲，远远避开腐败区域。

值得注意的是，这一过程并没有生长素的参与，这与此前驱动植物向光性、向地性和向水性的机制截然不同，是一种全新的植物向性生长模式。

一块烂苹果带来的农业革新

基于这种全新的避险机制，研究人员发现了一个有趣的现象：腐烂的鸡肉并不会影响植物根系的生长方向。为什么腐烂的动物组织不会引发植物根系的避腐行为呢？这涉及植物感知的关键因素——有机酸和酚酸类物质。它们由定殖于植物腐烂物上的真菌代谢产生，而动物腐烂物呈弱碱性，不利于这些有害菌滋生，定殖于其上的菌群（主要分解动物蛋白）对植物也几乎无威胁。

问题随之而来：在正常的森林中到处都是枯枝落叶，植物的根系该如何生长呢？

事实上，植物的根系远比我们想象的要聪明，它们能判别植物遗骸是正在腐烂，还是早已被真菌分解成了残渣。实验发现，被真菌侵染 14 天的腐烂苹果对植物根系生长的影响最为明显。这个时间点正是真菌最为活跃的时期，它们会释放出大量的有机酸和酚酸。植物根系正是依据这一信号，调整了自己的生长方向。

当真菌完成对植物组织的分解之后，腐烂区域的活动会归于沉寂，这里的有机酸和酚酸含量会显著降低。此时，植物根系不再规避这些区域，而那些被分解掉的植物组织，便成为了滋养植物的肥料。

这项研究揭示了一种全新的植物与土壤微生物的对话模式，带来的实际价值也是巨大的。

首先，它可以帮助我们制定更为合理的农作物秸秆处理策略。秸秆还田是目前农业生产中广泛采取的处理办法，但这项研究让我们看到，正在腐烂的秸秆会影响作物根系的发育。通过调整秸秆还田方式，为根系留出避让空间是必须要做的事情。再者，在未来，我们可以通过基因编辑的办法加强植物根系的避险能力，让它们更容易避开正在发生病害的区域，提升农作物根系的抗病性，进而提升农作物的产量与质量。

当然，这项研究也为广大喜欢种花的朋友提了个醒：不要随意将未发酵的植物残体，特别是咖啡渣直接埋进花盆。这种做法会极大影响植物根系生长，无疑是好心办了坏事。

策划制作

作者丨史军 植物学博士

审核丨顾垒 首都师范大学生命科学学院副教授

策划丨江帆 高佩雯