讀懂植物的“求救信號” | 創新匯

來源：【人民日報中央廚房-一秒世界工作室】

在瑞士巴塞爾郊外的一座大型溫室里，一只椿象悄悄落在葉片上，準備飽餐一頓。此刻，沉默的大豆植株其實并非毫無反應，它正釋放出一連串急促的電信號，宛如在發送無聲的求救電波——“哎喲，我受傷了”。

過去，這種“聲音”人類聽不見，也看不懂。近日，先正達集團研究團隊與瑞士科技公司“維文生物信號”合作，在實時監測植物電信號的基礎上，首次利用機器學習技術，成功破譯植物被蟲害侵襲時發出的“求救信號”。這項發表于《科學報告》等國際期刊的研究成果，意味著人類開始“理解”植物的語言，這不僅是植物生理學的重大突破，也為全球糧食安全提供了一把“數字鑰匙”?！拔覀儗χ参锏纳L機制及其應對病蟲害威脅的方式了解得越透徹，就越能幫助植物健康生長，從而保障糧食生產。”領導該研究團隊的植物學家安克·布赫霍爾茨在接受記者采訪時表示，他們現在能夠準確、實時地了解作物如何應對特定的環境挑戰。

數據顯示，全球每年因植物病蟲害導致的農作物損失比例高達40%，直接經濟損失超過2200億美元。以大豆為例，作為全球油料作物和植物蛋白的核心來源，每年有超過20%的大豆因病蟲害問題減產?！捌渲幸淮筇魬鹁驮谟冢∠x害侵襲的隱蔽性。”布赫霍爾茨表示，比如拉丁美洲大豆田里常見的椿象，它們常常潛伏在大片豆田茂密的冠層隱蔽處。在椿象侵擾初期，對植物造成的損害微乎其微，因此很難及時發現它們。等到農民注意到大豆莢變黃時，蟲害已蔓延開來，最佳防治時機往往已經錯過。這種“識別滯后性”不僅導致減產，更迫使農民為控制蟲害擴散而加大農藥噴灑劑量、增加噴灑頻次，加重了對土壤、水源的環境影響。

其實，科學家對植物電信號的探索已有150年歷史。中國科學院植物學博士、科普作家史軍表示，植物電信號并不神秘，任何生物在生命運轉過程中都會產生電信號。當氫離子、鈣離子、鉀離子和氯離子在細胞膜內外移動的時候，就會帶來細胞膜兩側離子濃度的變化。帶電離子的移動恰如金屬導線中電子的移動，于是就產生電信號。當植物體受到干旱、低溫、動物啃食等外界刺激時，會帶動細胞膜兩側離子濃度的變化，進而產生電信號。這些信號通過植物體內輸送水、礦物質和養分的組織通道中的離子流實現傳播，這也是植物在細胞、組織間進行通信的最快機制之一。不過，面對植物發出的海量且極度復雜的電波數據，人們很長時間都無法真正理解這些信號的含義。布赫霍爾茨解釋說，“人類處理不了這么大的信息量，這些信號交織在一起，就像嘈雜的電流聲，我們以前根本不知道它們在‘說’什么。”

機器學習與人工智能技術的加入，為研究和破解植物的“求救信號”開辟了新路徑。研究團隊給大豆植株連接上精密的電信號監測設備。這些電信號被記錄下來，隨后被“投喂”給人工智能模型進行分析與解讀。“這使我們能夠搜索植物語言中表示‘我正遭受椿象攻擊’的電信號模式。”先正達集團植物學家尤里安·弗里德里希說。

研究團隊還對比監測了經植物保護產品處理過（比如噴灑植物保護產品）的大豆與未處理過的大豆的反應機制。結果顯示，未受保護的大豆在遭遇椿象侵襲時，電信號瞬間變得劇烈且無序；而經過處理的健康植株，其信號則保持平穩。這意味著，通過記錄植物的電信號，可以更準確地判斷作物是否受到侵襲，從而提前數小時甚至數天發出預警。布赫霍爾茨認為，這一新發現有助于農技人員更早、更高效地干預和防范蟲害，實現作物的精細化管護，并更有針對性、更可持續地施用農藥。

當然，這項技術仍處于起步階段。現階段科學家只能確定幾種脅迫類型，例如椿象啃食豆莢，或者線蟲（一種微小的蠕蟲）在土壤中啃食根部。布赫霍爾茨表示，“團隊的中期目標是建立一個植物‘求救信號’數據庫，以便進一步區分各種病蟲害或高溫和干旱等影響植物健康生長的環境威脅。未來，我們希望能夠破譯植物的語言?！?/p>

如何分辨植物的“求救信號”，是進行蟲害管控的關鍵。史軍解釋說：“這項研究的關鍵點在于研究團隊通過數學模型，排除了光照、水分等環境影響因素，篩選出那些與昆蟲侵害大豆相關的電信號。這就像破譯了植物的摩斯密碼——‘尖峰’次數越多，呼救越急，這讓我們對植物的反應有更清晰的理解，也為對抗蟲害爭取了寶貴時間?！?/p>

（《人民日報》2026年4月29日第14版）

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