茶树也会“抱团取暖”？中国科学家首次破译植物间的“互助现象”

封面新闻记者谭羽清

许多情形下，人类与动物之间存在着交流协作、共同应对危机的行为。在植物界，是否也存在类似的互助交流现象？

近日，安徽农业大学茶树种质创新与资源利用全国重点实验室宋传奎教授团队在国际期刊《科学进展（ScienceAdvances）》上发表的一项研究，给出了肯定答案。据悉，该研究首次揭示了茶树能通过释放一种名为“角鲨烯”的物质，实现“双向对话”，形成类似人类“抱团取暖”的抗寒机制。

那么研究人员是如何发现茶树间存在“双向对话”？这一成果又有着怎样的科学价值？2月21日，该研究论文第一作者、博士后靳洁阳接受封面新闻记者采访，对上述问题进行了解答。

在“电话亭”里探听茶树“对话”

从分子层面解读茶树“互助现象”

挥发物作为植物间的“通讯信号”，一直是近年来植物科学领域的热点研究方向之一。宋传奎教授自2016年从德国慕尼黑工业大学回国后，在近10年时间里，一直带领团队致力于探索挥发物在低温中的功能研究，并成功发现挥发性物质在茶树低温、虫害等胁迫下参与茶树间交流的证据，先后在《植物细胞（PlantCell）》《科学进展（ScienceAdvances）》《先进科学（AdvancedScience）》等植物学经典期刊发表论文40余篇。

2019年，团队中的靳洁阳和其他研究成员偶然发现茶树在低温下可能存在交流，就开始进行相关研究，并先后探明了茶树在低温情况下，会释放出特定的化学物质“提醒”周围的植株启动抗寒响应机制，为茶树抗寒研究提供了新视角。

但进行研究时，有一个疑问常常萦绕在他们心中：“这样的‘善意信号’，真的只是身处寒冷环境的茶树的单向付出吗？”

为了解决这一疑问，靳洁阳团队进行了预实验，发现几棵茶树在一起时，比单独一棵茶树更耐冻，这表明：茶树间的“寒冷预警”或许并非单方面的信号传递，而更像是人类社会中的互帮互助、抱团取暖模式。

为了验证此猜想，靳洁阳和团队成员们开启了这一场历时五年的探索。

首先，他们打造了一种特殊的气体双向交流实验装置“茶树电话亭”。它主要由两个独立“电话亭”即密闭舱室，以及连接两个舱室的通气管道组成。据靳洁阳介绍，其实在研究茶树单向信号传递时，已经设计了类似装置，但本次实验要确保气体在两个舱室间顺利交换，同时排除新出现的干扰因素，因此在原有装置的基础上设计了这套新装置。

随后实验时，研究人员会在两个“电话亭”中各放置一组茶树，并对其中一间的茶树进行低温处理。当预计两组茶树间的“抗寒交流”已经产生后，研究人员就会用气体吸附装置收集“电话亭”中茶树产生的挥发性物质，用于后续的成分分析与功能研究。

由于茶树个体间往往存在差异性，在经过数十次重复实验，“探听”了数百株茶树的交流，并对“电话亭”中挥发性物质精确分析、反复验证后，研究人员才终于明确了茶树间存在抗寒方面的互助闭环，即接收到受低温胁迫茶树“预警信号”的茶树不仅会启动自身抗寒机制，也会释放出一种叫“角鲨烯”的物质，帮助受冻茶树应对寒冷环境。

在成功找到“角鲨烯”这一关键信号物质后，研究团队并未停止探索，而是进一步从分子层面探究该物质帮助受低温胁迫茶树抗寒的根本原因，明晰了角鲨烯可以促进供体茶树体内一种甾醇激素（CS）积累，启动其抗寒核心开关CsCBF5基因，进而激活茶树抗寒核心响应因子，令茶树能更好地应对寒冷环境。

值得一提的是，在发现茶树之间会通过挥发物“双向交流”现象时，研究团队曾怀疑过是实验失误导致的，但经过仔细检查实验过程，他们决定相信自己的结果，着手探究这一奇怪的现象。

探究茶树“抗寒交流”有何价值？

启发植物研究、助力抗逆育种……

本次发表的研究成果打破了植物间只有“单向预警”的传统认知，揭示了植物可通过化学信号实现群体协同抗逆的现象。在靳洁阳看来，这或许能为植物研究领域提供一些新启发，提醒相关研究人员不应仅仅局限于关注植物信号的单向传递模式，“我认为此类群体抗逆现象是植物的一种生存策略，在植物界应该是普遍存在的。”

而聚焦至茶树研究领域，本次研究成果更有多方面的应用潜力及科学价值。

靳洁阳表示，一方面，研究表明了茶树之间能够互帮互助，因此或可为茶树栽培、茶园的栽培措施以及病虫害防控等方面提供帮助，“通过合理设计茶树的种植密度和品种搭配，能够激发它们之间的互助效应。”同时，她所在的团队也正在开发挥发物新制剂，通过提前田间缓释，可显著提高茶树的自主抗寒能力，“这有望为茶树‘倒春寒’预防提供新手段，具有很大的应用前景。”

另一方面，研究后期探究角鲨烯调控茶树抗冷的分子机制，发现了相关的基因与转录因子，则能为茶树的抗逆育种提供一些有用的基因靶点，加速茶树抗性资源挖掘与品种选育。

据靳洁阳透露，基于本次研究成果，她希望在将来进一步探究茶树“抗寒信息”交流的最大有效范围与实际效用大小。此外，她身边已有其他研究人员着手探究茶树传递虫害信息时存在“双向对话”的可能性。未来，或有更多茶树之间的“秘密交流”机制会被逐步发现与破译。