圖片作者：ChatGPT
你知道植物也會「怕熱」嗎？但它們並不會汗流浹背、當然也不會躲進冷氣房，而是用自己的方式來調整身體結構，以適應高溫環境。這種調整行為有個專有名詞叫做熱形態發生（thermomorphogenesis），其中最典型的例子就是：在高溫下，植物的莖會變得又長又細。
最近一篇發表於《Nature Communications》的研究，由美國加州大學河濱分校與中國北京大學的科學家共同完成，首次完整揭示了植物在白天如何感知高溫、並啟動一連串生長反應的機制。這項突破性的研究不但補上了植物生理學中的一塊空白，也可能對氣候變遷下的農業發展帶來啟示。
其實，科學家一直有在研究植物感熱的機制。長久以來，植物學家相信兩種蛋白是植物最主要的感熱器官：一個是光敏素B（phytochrome B，phyB），另一個是ELF3。
光敏素B是植物的紅光受器之一，白天有光時會活化，夜間則會發生所謂的「黑暗逆轉」（dark reversion），回復成不活化態。
而ELF3則是負責調節開花與晝夜節律的蛋白質，過去已知它能感知溫度並改變結構以調控其他的基因表現。
然而，那些研究成果，可能是因為光敏素B的「黑暗逆轉」特性的關係，大多來自在「夜間」或「黑暗」的實驗條件得到的成果。這其實會讓大家覺得，這些科學家們在搞笑嗎？畢竟真實世界裡的高溫，多半發生在日正當中的強烈陽光下！
這時候，光敏素B還能感熱嗎？ELF3 是否也能發揮作用？
所以，研究團隊在接受 Sci.News 採訪時說：「我們發現，教科書上說的這些熱感機制，其實大多只在夜間有效。白天的情況，根本還沒有人能講清楚。」
為了要釐清植物在白天到底如何感熱，研究團隊使用小芥（阿拉伯芥，Arabidopsis thaliana），在攝氏21-27度之下進行觀察、測量、分析。
結果他們發現，植物在白天的感熱反應，需要三條獨立卻交錯的訊號路徑來共同成就。
首先是傳統熱感器光敏素B。他們發現，白天的強光會活化 phyB，但是在紅光強度達 50 μmol/m²/s（相當於夏日正午）時，它就會無法進行溫度感應了。
第二條路徑，是來自葉綠體的蔗糖訊號。在光照下，植物會進行光合作用，將碳固定為澱粉。但是，當溫度升高（例如從21°C升到27°C）時，澱粉會被快速分解為蔗糖！也就是說，對植物來說蔗糖不是只當能量來源，更是一種「熱訊號」。研究團隊發現，當蔗糖濃度上升時，細胞會合成海藻糖6-磷酸（Tre6P），然後就會讓植物內的關鍵調控蛋白 PIF4 穩定下來。
研究團隊發現：tps1-12（無法合成海藻糖6-磷酸的突變株）在高溫時無法正常啟動胚軸生長，也無法讓 PIF4 蛋白累積，即使另外加了蔗糖也不行；這意味著，合成海藻糖6-磷酸對植物感熱的反應很重要。
最後，是PIF4的抑制者ELF3。研究團隊發現，ELF3 不只是晚上，在白天也會抑制 PIF4 的活性與表現。但是，高溫會使 ELF3 的抑制作用減弱，讓 PIF4 不僅「不被分解」，還能「正常啟動生長基因」。
總而言之，只有當糖夠、且 ELF3 放行，PIF4 才能發號施令，啟動胚軸的快速生長。
透過這個研究，我們看到植物是如何整合光線、糖代謝與轉錄調控來「決定是否成長」。你可能會想：植物真囉唆，為什麼不直接用一個感溫器就好？為什麼需要「糖穩定 PIF4」+「解除 ELF3 抑制」兩條路徑一起上線？
這其實是一種生物學上的保險機制。研究團隊將這套系統比喻為「雙輸入的 AND 邏輯閘」，只有當兩個條件都達成，才會啟動下一步。
這種設計可以確保資源投入在正確時機（不只要有光，糖也必須足夠），讓植物對環境變化更靈活、精準反應。畢竟，對於自營生物來說，每一筆能量的投資都很寶貴，不能任意浪費的！
氣候變遷已經讓世界各地的極端高溫事件頻率上升。如果我們希望作物能在未來的高溫條件下維持生長、開花與結果，就需要深入了解植物在「白天」是怎麼判斷熱與不熱。
所以，別以為植物只是一群只會呆呆地曬太陽的「靜物」。它們體內的訊息網路比我們想像中還要精密太多太多。從這篇研究我們學到：植物能夠綜合外在的光與溫度、內在的糖與基因控制，做出「要不要長高」這樣的判斷。
這不只是對植物學者的重要發現，更是一個提醒我們尊重自然複雜性的例證。畢竟，連一棵小苗都會「看時機」來決定要不要長大，那我們呢？
參考文獻：
D. Fan et al. 2025. A multisensor high-temperature signaling framework for triggering daytime thermomorphogenesis in Arabidopsis. Nat Commun 16, 5197; doi: 10.1038/s41467-025-60498-7
