随着气候变化使天气日益极端，研究植物对于确保未来仍能种植作物至关重要。
最新研究发现，植物利用一种名为水信号传导的系统，根据土壤中的水分供应情况来调控根系分支的位置。
研究还表明，在干旱条件下，叶片通过关闭其表面称为气孔的微小孔隙来阻止水分流失。
鉴于全球降雨模式的变化，植物感知并适应各种土壤湿度条件的能力，比以往任何时候都更为重要。
植物已经占据了地球表面的绝大部分区域。那么，它们成功的关键是什么？
人们常常认为植物是简单、无感知的生命形式。它们可能扎根于一处，但科学家对植物的了解越深入，越发现它们复杂且反应灵敏。植物非常善于适应当地条件。植物是专业的“专家”，善于充分利用发芽地周边的一切资源。
不过，了解植物生命的复杂机制，不仅仅是激发人们的惊叹。研究植物也关乎确保我们仍能种植作物，使其在气候变化导致天气日益极端的未来依然可行。
环境信号塑造着植物的生长与发育。例如，许多植物利用日照长度作为信号来触发开花。植物隐藏的另一半，即根系，同样利用周围环境的信号，使其形态得以优化，以寻找水分和养分。
根系通过调整自身形态（例如增加分支以扩大表面积）来寻找更多水分，从而保护植物免受干旱等胁迫。但直到最近，我们仍不了解根系如何感知周围土壤中是否有水。
水是地球上最重要的分子。水过多或过少都可能毁掉一个生态系统。气候变化的破坏性影响（近期在欧洲和东非已有体现）正使洪涝和干旱都更加频繁。由于气候变化正使降雨模式变得日益无常，了解植物如何应对缺水，对于增强作物的抗逆性至关重要。
扎根之道
我们的植物与土壤科学家及数学家团队近期发现了植物根系如何调整其形态以最大限度地吸收水分。根系通常呈水平分支。但当根系失去与水的接触时（例如穿过土壤中充满空气的缝隙），它们会暂停分支，只有在重新接触湿润土壤后才会恢复分支。
我们的团队发现，植物利用一种名为水信号传导的系统，根据土壤中的水分供应情况来调控根系分支的位置。
水信号传导是植物感知水所在位置的方式，其原理并非直接测量湿度水平，而是感知随水分在植物体内移动的其他可溶性分子。这之所以可能，是因为（与动物细胞不同）植物细胞彼此相连，通过微小的孔隙。
这些孔隙使水分和小型可溶性分子（包括激素）能够在根细胞与组织之间共同移动。当植物根系吸收水分时，水分会穿过最外层的表皮细胞向内输送。
外层根细胞中还含有一种名为生长素的促进分支的激素。水分吸收会通过将生长素向内输送至根部内层组织而触发分支。当外部不再有可用水分时（例如根系穿过充满空气的缝隙），根尖仍需要水分才能生长。
因此，当根系无法从土壤中吸收水分时，它们必须依赖根部深处自身维管束中的水分。这改变了水分的流动方向，使其转为向外流动，从而扰乱了促进分支的激素生长素的流动。
植物还会在其根部维管束中产生一种名为脱落酸的抑制分支激素。脱落酸与水流同向移动，但方向与生长素相反。因此，当根系从植物维管束中汲取水分时，根系也在将这种抑制分支的激素拉向自身。
脱落酸通过关闭连接根细胞的所有微小孔隙来抑制根系分支，这有点像船上的防爆门。这使根细胞彼此隔绝，并阻止生长素随水分自由移动，从而阻断根系分支。这一简单系统使植物根系能够根据当地水分条件精细调整其形态。它被称为旱地分支机制（读作 zerobranching）。
花之力量
我们的研究还发现，植物根系利用与茎叶类似的系统来减少水分流失。叶片停止水分流失，即在干旱条件下，通过关闭其表面称为气孔的微小孔隙来实现。气孔的关闭同样由脱落酸激素触发。同样地，在根系中，脱落酸通过关闭将每个根细胞连接在一起的纳米孔隙（称为胞间连丝）来减少水分流失。
番茄、拟南芥、玉米、小麦和大麦的根系都以这种方式响应水分，尽管它们进化于不同的土壤和气候环境中。例如，番茄起源于南美洲的一片沙漠，而拟南芥则源自中亚的温带地区。这表明旱地分支机制是开花植物的普遍特征，而开花植物比蕨类等非开花植物晚出现超过2亿年。
蕨类植物是较早进化的陆生植物物种，其根系不以这种方式响应水分，而是生长得更为均匀。这表明开花物种比蕨类等早期陆生植物更善于适应水分胁迫。
开花植物能够占据比非开花物种更广泛的生态系统和环境。鉴于全球降雨模式的快速变化，植物感知并适应各种土壤湿度条件的能力，比以往任何时候都更为重要。
