蔗糖分子传递的光控制着植物根系的生长

弗莱堡研究团队展示了吸收光的数量信息是如何从叶片传递到根系的。光合作用蔗糖不仅为根系提供碳水化合物，还作为依赖光的根系结构的信号发射器，根系的发育与茎部的光合作用性能直接相关。

　　

植物的生长由光驱动，并通过绿叶的光合作用提供能量。在黑暗中生长的根也是如此——它们通过韧皮部的中央运输途径接受光合作用的产物，特别是蔗糖，即糖。来自弗莱堡大学生物学院的Stefan Kircher博士和Peter Schopfer教授在使用模式植物拟南芥的实验中表明，蔗糖不仅保证向根供应碳水化合物，而且还作为光依赖性根结构形成的信号发射器。它通过两种方式做到这一点:首先，蔗糖直接引导主根的伸长。其次，蔗糖被运送到根尖，然后调节植物激素生长素的产生。这种激素驱动新的侧根的形成速度，与主根的伸长一起由关节信号发射器同步。Kircher说:“这使得根部的生长能够适应光照和其他环境条件的变化，例如从白天到晚上的变化，从而适应叶片当前的光合作用表现。”

实验证据

为了证明通过光合作用产生的蔗糖是决定性的信号发射器，Kircher和Schopfer将植物放在一个有光但空气中没有二氧化碳(CO₂)的房间里，从而使光合作用无法进行。结果是没有形成更多的侧根。这一结果在另一个实验中得到了证实，在这个实验中，两位生物学家在黑暗中用蔗糖溶液处理叶子或根。在这两种方法中，侧根的发育与暴露在光照下的对照植物相同。“这些结果表明，叶片中蔗糖的产生对于侧根的形成是必要的。它证实了蔗糖作为光刺激的信号发射器的假设，”Kircher说。

蔗糖信号激活生长素的生物合成

在早期的研究中，研究人员已经证明，由氨基酸色氨酸在根中产生的生长素推动了新的侧根的发育速度。Kircher和Schopfer现在展示了蔗糖是如何触发这一过程的。为了做到这一点，他们把植物放在一个黑暗的房间里两天，并进行了各种实验，以发现它们对侧根形成的影响。在用蔗糖处理叶片的同时对根部施用色氨酸效果最好。相比之下，如果将色氨酸施用于叶片或根部不加蔗糖，则效果不大。“这些观察证实，通过光合作用产生的蔗糖可以触发生长素的合成，”Kircher说。