产热植物

Botanical thermogenesis,产热植物

产热植物能够将其温度升高到高于周围空气的温度。热量产生于线粒体中,这是细胞呼吸的次级过程,称为产热。与哺乳动物中发现的类似氧化酶和解偶联蛋白使这一过程成为可能,但这一过程目前仍不太清楚。

产热作用
植物学家并不完全确定产热植物为何会产生大量过剩热量,但大多数人认为这与提高授粉率有关。最广为接受的理论认为,内源热量有助于传播化学物质,吸引传粉者到植物上。例如,巫毒百合利用热量来传播腐烂的肉味。 这种气味吸引了苍蝇,它们开始寻找气味的来源。当它们在整株植物中寻找尸体时,它们就为植物授粉。

其他理论认为,高温可能为传粉者提供热量奖励:传粉者被花朵的温暖所吸引。这一理论缺乏支持,因为大多数产热植物都生长在热带气候中。

还有一种理论认为,热量有助于防止霜冻损害,使植物比其他植物更早发芽。例如,臭菘会产生热量,使其能够在早春融化一层雪。然而,热量主要用于帮助散发刺鼻的气味并吸引传粉者。

产热植物的特征
大多数产热植物往往体型较大。这是因为较小的植物体积不够大,无法产生大量热量。而大型植物则拥有大量质量,能够产生和保留热量。

产热植物也是雌雄同株的,也就是说,植物的雌性部分比雄性部分成熟得早。这大大减少了近亲繁殖,因为这种植物只能通过来自不同植物的花粉受精。这就是为什么产热植物会释放出刺鼻的气味来吸引授粉昆虫。

示例
产热植物存在于各种科中,但天南星科尤其包含许多此类物种。该科的例子包括死马魔芋( Helicodiceros muscivorus )、东部臭菘( Symplocarpus foetidus )、象脚山药( Amorphophallus paeoniifolius )、象耳 ( Philodendron selloum )、花海芋 ( Arum maculatum ) 和巫毒百合 ( Typhonium v​​enosum )。巨花魔芋( Amorphophallus titanum ) 利用产热产生的水蒸气将其气味(腐肉的气味)散布在其自然栖息地夜间笼罩在它上方的冷空气之上。与普遍的看法相反,天南星科的近亲西部臭菘( Lysichiton americanus )并不产热。 在天南星科之外,莲花(Nelumbo nucifera)具有产热和吸热的特性,能够将花温调节到一定范围内,非光合作用寄生属Rhizanthes(Rhizanthes lowii)中至少一种植物也具备这种能力。

产热
许多吸热植物物种依赖于替代氧化酶(AOX),它是线粒体细胞器中的一种酶,是电子传递链的一部分。替代氧化酶降低线粒体的氧化还原电位会增加无效呼吸。此代谢过程会产生过量的热量,从而使产热组织或器官变暖。含有这种替代氧化酶的植物不受氰化物的影响,因为 AOX 充当电子受体,从泛醇收集电子,同时绕过第三个电子复合体。然后,AOX 酶在没有质子梯度的情况下将氧分子还原为水,这反过来非常低效,导致从泛醇到氧气的自由能下降,并释放出热量。

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