破解植物的“求救信号”

在瑞士巴塞尔郊外的一座大型温室内，一只椿象悄然停在叶片上，正准备大快朵颐。可实际上，沉默的大豆植株并非真的无动于衷，它正在持续释放一串紧张的电信号，仿佛用无声的“求救广播”向外传达——“我受伤了”。

以往，这些信号人类既难以听见，也难以读懂。近期，先正达集团的研究团队与瑞士科技公司“维文生物信号”携手：借助对植物电信号的实时追踪，首次引入机器学习方法，成功破译了植物遭虫害侵袭时发出的“求救信号”。该研究发表在《科学报告》等国际期刊，意味着人类正迈向“理解”植物表达的阶段。对植物生理学而言，这是一项关键性进展；对全球粮食安全来说，也是一把更具“数字化”意义的钥匙。带队植物学家安克·布赫霍尔茨在接受采访时说：“我们越清楚植物的生长机制，以及它们如何应对病虫害威胁，就越能帮助植株保持健康生长，从而守住粮食产量。”他表示，目前团队能够更精确、实时地掌握作物面对特定环境挑战时的应对方式。

相关数据显示，全球范围内，植物病虫害每年造成的农作物损失比例最高可达40%，由此带来的直接经济损失超过2200亿美元。以大豆为例，它是全球重要的油料作物与植物蛋白来源，每年仍有超过20%的大豆因病虫害而减产。“难点之一在于病虫害往往具有较强的隐蔽性。”布赫霍尔茨指出，例如拉丁美洲大豆田里常见的椿象，经常先潜伏在冠层茂密的区域。椿象入侵初期对植物的破坏并不显著，因此很难在早期发现。等到农户开始察觉大豆荚逐渐发黄时，虫害往往已经扩散，最有效的防治窗口也通常错过。与此同时，这种“识别滞后”不仅影响产量，也会迫使农户为了阻止虫害继续蔓延而增加农药用量、提高喷洒频次，从而进一步放大对土壤与水源的环境压力。

其实，科学家研究植物电信号的历史已经有150年。中国科学院植物学博士、科普作家史军表示，植物电信号并不玄乎。任何生物在生命活动中都会产生电信号。当氢离子、钙离子、钾离子与氯离子在细胞膜内外发生移动时，细胞膜两侧离子的浓度就会随之改变。带电离子的迁移，就像金属导线中电子的运动一样，于是形成电信号。植物遭遇干旱、低温，或被动物啃食等外界刺激时，同样会引发细胞膜两侧离子浓度的变化并产生电信号。这些信号可以通过植物体内与水分、矿物质及养分传输相关的组织通道中离子流进行传播，也是植物在细胞与组织间完成信息交流的最快路径之一。不过，面对数量庞大且结构复杂的电波数据，人们长期以来无法真正把握其含义。布赫霍尔茨解释道：“人类难以处理如此海量的信息，这些信号彼此交织，就像嘈杂的电流声，我们过去根本不知道它们究竟在‘说’什么。”

机器学习与人工智能的引入，给破解植物“求救信号”带来了新的解决思路。研究团队为大豆植株接入高精度的电信号监测装置，把电信号采集下来，再交由人工智能模型分析解读。“这让我们能够寻找在植物语言中对应‘我正在遭受椿象攻击’这一含义的电信号规律。”先正达集团的植物学家尤里安·弗里德里希说。

研究人员还进一步对比了电信号表现：包括对大豆施用过植物保护产品（例如喷洒处理）的植株，以及未做处理的大豆。结果表明，未受保护的大豆一旦受到椿象侵袭，其电信号会立刻变得强烈且杂乱无序；而经过处理、状态更为健康的植株，信号则相对平稳。由此可见，仅凭电信号记录，能够更准确判断作物是否已遭到入侵，并实现提前数小时乃至数天发出预警。布赫霍尔茨认为，这项发现有望帮助农技人员更早介入、更高效率地开展虫害防控，从而实现作物精细化管理，并让农药使用更加精准、可持续。

当然，目前该技术仍处在探索阶段。现阶段的科学家只能明确少数胁迫来源，比如椿象啃食豆荚，或线虫（一类体型很小的蠕虫）在土壤中咬食根部。布赫霍尔茨表示：“团队接下来的中期目标，是搭建一个植物‘求救信号’数据库，以便进一步区分各种病虫害，或高温、干旱等对作物健康生长造成的威胁。未来，我们希望真正破译植物的语言。”

能够区分植物发出的“求救信号”，是开展虫害管控的核心。史军解释说：“这项研究之所以关键，在于团队借助数学模型，把光照、水分等环境因素的干扰排除掉，从而筛选出那些与昆虫侵害大豆有关的电信号。可以把它理解为破译植物的摩斯密码：‘尖峰’出现的次数越多，呼救越急，我们就越能看清植物的反应，也就更有把握为应对虫害争取到宝贵时间。”（记者 郭梓云 孔 歌）