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        濕地植物水下“呼吸”機(jī)制成抗逆作物培育關(guān)鍵,未來或可直面洪水、干旱氣候侵襲

        2022-05-01 16:19:27
        海外星云 2022年8期
        關(guān)鍵詞:生性呼吸根部

        近日,來自日本名古屋大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),濕地植物對(duì)洪水具有很高的耐受性。原因在于這類水生植物通常會(huì)在根莖內(nèi)形成溶生性通氣組織,即使處于水下環(huán)境,依舊能夠提供穩(wěn)定運(yùn)輸氧氣和其他營養(yǎng)物質(zhì)的通道。此外,這些通道還有助于植物抵御干旱。

        因此,研究團(tuán)隊(duì)對(duì)該通氣組織形成的潛在機(jī)制進(jìn)行了研究,以更好地了解這種現(xiàn)象,從而為開發(fā)能夠抵御極端天氣變化的作物開辟路徑。

        相關(guān)研究成果發(fā)表在《植物科學(xué)趨勢》期刊上,論文以《非生物脅迫下溶源性通氣組織的形成機(jī)制》為題,名古屋大學(xué)生物農(nóng)業(yè)科學(xué)研究科教授中園干雄和該校生物科學(xué)與生物技術(shù)中心副教授山內(nèi)貴樹為共同通訊作者。

        據(jù)了解,除了水稻等少數(shù)作物外,世界上大多數(shù)主要農(nóng)作物在土壤過度濕潤或者干燥時(shí),都會(huì)由于根部缺氧而導(dǎo)致生長不良,從而出現(xiàn)產(chǎn)量下降的情況。這也是洪水和干旱會(huì)造成作物歉收的主要環(huán)境災(zāi)害原因所在,而通氣組織的形成則可以幫助作物應(yīng)對(duì)這些環(huán)境壓力。

        通氣組織是“是植物薄壁組織內(nèi)一些氣室或空腔的集合”,主要有裂生性和溶生性兩種形式。此次該團(tuán)隊(duì)研究的是溶生性通氣組織,其在水生植物中較為常見,具有提供根系“呼吸”所需氧氣、調(diào)節(jié)根際氧化勢、排泄廢氣等功能。

        《綠色星球》水生世界劇情圖片

        在某種程度上,我們可以將溶血性通氣組織想象成用于水下呼吸的通氣管。

        例如,在洪水期間,植物被浸淹的根部會(huì)與氧氣隔絕。為了維持生存,這時(shí)某些水生植物便會(huì)創(chuàng)造空氣通道,將植物的淹沒區(qū)域與水面以上的部分連接起來。與呼吸管類似,這些路徑通過將氣體輸送到淹沒的根部來幫助植物“呼吸”。

        然而,當(dāng)前的主要問題在于,通氣組織在小麥和玉米等非濕地物種中并不常見,而且通氣組織的形成機(jī)制仍舊是個(gè)未解之謎。

        “如果我們能夠從基因上控制所有重要農(nóng)作物(如玉米、小麥和大豆)根部溶源性通氣組織形成的時(shí)間和數(shù)量,那么全球作物在面對(duì)極端環(huán)境時(shí)的產(chǎn)量損失可能會(huì)大大減少?!敝袌@干雄表示。

        為解決這個(gè)問題,其團(tuán)隊(duì)對(duì)相關(guān)主題的文獻(xiàn)進(jìn)行了調(diào)查。最終,他們發(fā)現(xiàn)在正常根系生長過程中形成通氣組織需要一種名為“生長素”的植物激素,并確定了極端環(huán)境下誘導(dǎo)通氣組織形成的兩個(gè)重要因素。

        其中,低濃度的氮和磷作為植物生長所需的必需營養(yǎng)素,被發(fā)現(xiàn)會(huì)增加乙烯敏感性,進(jìn)而刺激通氣組織的形成。

        山內(nèi)貴樹推測道,“在沒有限制氣體擴(kuò)散的情況下,乙烯敏感性的增加可能是刺激通氣組織形成的有效策略。”此外,乙烯也是引發(fā)玉米通氣組織的常見因素。

        雖然通氣組織形成背后的機(jī)制仍不確定,但此項(xiàng)研究開辟了提高作物恢復(fù)力的可能性,并為氣候變化后更好的糧食安全鋪平了道路。

        而從水下“呼吸”植物成為培育抗逆作物關(guān)鍵這項(xiàng)研究中,我們也可得到一個(gè)啟發(fā),那就是神秘的植物世界還有太多的可能性值得我們前去挖掘。

        前不久,英國廣播公司名叫了一部名叫《綠色星球》的紀(jì)錄片,為人類揭示了一個(gè)前所未見的植物世界,也使我們對(duì)植物在激烈的生命競賽中所進(jìn)化出的生存策略有了更深刻的認(rèn)知。

        負(fù)責(zé)為該紀(jì)錄片解說的英國廣播員、自然歷史學(xué)家大衛(wèi)·愛登堡表示:“植物是人類最重要的盟友,我們的一呼一吸都依賴于植物,然而植物對(duì)人類而言,只是靜止的旁觀者,對(duì)于人類的所作所為沒有反應(yīng),沒有怨恨,只會(huì)默默死去,而這都是因?yàn)槲覀儗?duì)植物的關(guān)注和了解不夠?!?/p>

        毋庸置疑的是,作為同一個(gè)星球生物圈里的重要成員,人類與植物的命運(yùn)休戚與共。然而我們真的了解植物嗎?植物的未來又是什么?

        或許,我們最需要做的是放下地球主宰者的莫須有身份,以平等心走進(jìn)植物的世界。對(duì)于未來生態(tài)界而言,可能這才是一個(gè)最好的“開端”。(綜合整理報(bào)道)(編輯/小文)

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