美容觉不仅仅是人类的专利——卷心菜也能从良好的睡眠中受益。(photobear/Flickr)公元前400年,希腊海军上将安德罗斯特尼斯*曾写道,有一种树
“随太阳升起而张开……并在夜间闭合。当地人说它会睡觉。”
在接下来的2000年里,研究人员发现,安德罗斯特尼斯首次观察到的日常周期属于与我们自己的睡眠和清醒周期相似的24小时周期[1]。
在植物中,这些昼夜节律有助于控制从植物开花时间到其适应寒冷天气的能力[2]等一切。植物甚至可以使用它们的内部时钟来执行算术计算,以便在夜间为其能量供应进行预算[3]。
但是,当植物的一部分被收获作为食物时,会发生什么?在最近的一项研究中,来自赖斯大学和加州大学戴维斯分校的研究人员表明,卷心菜在收获后长达一周的时间内仍可表现出昼夜节律。与任何植物一样,卷心菜在田间生长时也会经历昼夜节律;然而,在货车中持续黑暗或24小时营业的超市中持续光照的卷心菜会不可避免地失去时间感。
就像旅行者适应新的时区一样,缺乏周期性光照条件的卷心菜会遭受严重的“蔬菜时差”。正如旅行者通过重新调整睡眠周期来克服时差一样,卷心菜可以通过暴露在周期性光照条件下“重新校准”其昼夜节律。这同样适用于菠菜、西葫芦、红薯、胡萝卜和蓝莓,这表明收获后的昼夜节律是许多(如果不是全部)水果和蔬菜的一个普遍特征。
重新校准农产品昼夜节律的能力为改善水果和蔬菜的适口性和营养提供了引人入胜的新途径。在野外,昼夜节律可以帮助植物抵御饥饿的食草动物。研究表明,经过重新校准昼夜节律的卷心菜使用类似的机制来避免成为食草幼虫的午餐——由于受损程度较低,经过重新校准的卷心菜比置于持续光照或黑暗条件下的卷心菜看起来更新鲜、更美味。
卷心菜依靠一种称为硫代葡萄糖苷的分子来抵抗幼虫和其他害虫。任何卷心菜都可以产生这些分子,但经过重新校准的卷心菜会与其昼夜节律同步产生硫代葡萄糖苷。由于幼虫也经历昼夜节律,因此经过重新校准的卷心菜会在最需要的时候获得额外的分子幼虫防治能力。
虽然硫代葡萄糖苷对幼虫来说是坏消息,但当人类食用时,它们具有重要的抗癌特性。事实上,植物用来抵御环境的分子本身通常对我们的健康也有益。未来的研究将表明,其他类型农产品中的这种植物营养素是否也能经过重新调理,以在可预测的24小时周期内累积。
利用新鲜农产品的昼夜节律,可以使我们更好地控制植物营养素随时间的累积方式,帮助我们最大化水果和蔬菜的营养益处。改善我们的食物营养可能就像让我们的农产品好好睡一觉一样简单。

昼夜节律有助于保护农产品免受食草动物的侵害。将(A)周期性“同相”光照、(B)持续光照或(C)持续黑暗条件下饲养的卷心菜样品喂给幼虫。在持续光照或持续黑暗条件下饲养的卷心菜受损最严重。
*最初的希腊文出自Botanische forschungen des Alexanderzuges[4],非常感谢Tovah Keynton提供的英文翻译。插图(同样来自Botanische)描绘了树叶如何过渡到并随即呈“睡眠姿势”。
引用的参考文献
McClung CR (2006) Plant Circadian Rhythms. PLANT CELL ONLINE 18: 792–803. doi:10.1105/tpc.106.040980.
Kinmonth-Schultz HA, Golembeski GS, Imaizumi T (2013) Circadian clock-regulated physiological outputs: Dynamic responses in nature. Semin Cell Dev Biol 24: 407–413. doi:10.1016/j.semcdb.2013.02.006.
Scialdone A, Mugford ST, Feike D, Skeffington A, Borrill P, et al. (2013) Arabidopsis plants perform arithmetic division to prevent starvation at night. eLife 2: e00669–e00669. doi:10.7554/eLife.00669.
Bretzl H (1903) Botanische forschungen des Alexanderzuges. B. G. Teubner.
关于作者:Liz Roth-Johnson是加州大学洛杉矶分校分子生物学专业的博士候选人。如果她不在实验室,你通常会在厨房里找到她进行实验。阅读更多Liz Roth-Johnson的文章















