如何从单细胞变成一棵树？探究生长素之谜

由美国加州大学河滨分校（UCR）领导的一个研究小组，近日首次成功证明如何通过一个小分子，将一个单细胞变成像树一样大的东西的一种方式。半个世纪以来，科学家达成的共识之一是所有的植物都依赖生长素（auxin）进行生长。而最新研究则首次了解到生长素是如何让植物生长的。

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生长素（auxin）来自于希腊语“auxein”，意思是“生长”。生长素用来协调植物生长的主要途径有两条，现在《自然》杂志的一篇新文章对其中一条进行了描述。

植物细胞被包裹在壳状细胞壁中，其主要层有三个主要成分：纤维素、半纤维素和果胶。UCR 植物学教授和研究小组负责人杨振标（Zhenbiao Yang，音译）表示：“纤维素的作用就像高层建筑中的钢筋，提供了一个广泛的强度基础。它由半纤维素链加固，并由果胶密封”。

这些成分定义了植物细胞的形状，导致有时令人惊讶的形成，如杨振标在过去 20 年里一直在研究的拼图式叶表皮细胞（leaf epidermis cells）。这些形状有助于将细胞紧密地粘在一起，并为植物提供物理强度，以抵御风等元素。

在一切都被细胞壁紧紧锁住的情况下，运动和生长是如何实现的？

一种理论认为，当植物准备生长时，生长素会使它们的细胞变酸，松开各部分之间的联系，使细胞壁软化和膨胀。这一理论是在半个世纪前提出的，但直到现在，生长素如何激活酸化仍然是个谜。

杨的团队发现，生长素通过触发质子泵入细胞壁，降低其 pH 值来创造这种酸度。较低的 pH 值激活了一种蛋白质--扩张素（expansin），它的名字很恰当，因为它能分解纤维素和半纤维素之间的联系，使细胞得以扩张。

质子泵入细胞壁也促使水被吸收到细胞内，形成内部压力。如果细胞壁足够松，细胞内有足够的压力，它就会膨胀。杨解释说：“就像一个气球，膨胀取决于外部有多厚，与你吹入的空气有多少。降低细胞壁的pH值可以让细胞外的水进入，促进细胞urgor压力和膨胀”。

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