@ 2016.07.07 , 20:00
17

亩产万斤的秘密或藏在禾本科的气孔基因里

[-]

为啥禾本科(小编注:别称早熟禾科,分为620多属,10000多种,地球陆地大约有20%覆盖着草,禾本科包括多种俗称作"某某草"的植物)是地球上最成功的植物?从荒凉的戈壁到积雪的峰顶都有它们的踪迹。

一些生物学家认为这是因为它们可以快速让气体进出叶子,从而光合作用效率更高。新的研究显示,它们的秘密武器在没有那么广泛分布的阔叶植物的基因蓝图里也能找到,如果激活它,生物学家就可以创造亩产更高,且能抵御气候变化的农作物。

由斯坦福大学的Michael Raissig带领的生物学家们发现阔叶植物和禾本科植物使用同样的基因制造气孔,即叶子上让水和气通过的开口,但是它们在不同时间打开和关闭这些基因,以创造不同形状的细胞。

他们的研究“可以用来改进人类用作食物或者燃料的禾本科生长情况,”研究合著者,同样来自斯坦福大学的Dominique Bergmann说。

跟人类一样,植物也要呼吸气体才能生存。叶子上的微孔,也就是气孔(stomata,希腊语的意思是“嘴”)可以帮助植物换气。

气孔的历史相当悠久,在距今4亿年前的化石上就发现了它们。

当气孔打开时,像二氧化碳,氧气和水蒸气这样气体可以进出,这一过程是由一对保卫细胞控制的。当诸如钾这样的溶质被吸入时,水分也会进来。随着它们膨胀,保卫细胞向外弯曲,气孔就打开了。

但是并非所有的气孔都是一样的。阔叶植物有着形似肾脏的保卫细胞,而在类似小麦和竹子的禾本科上,保卫细胞是哑铃状的。

[-]
上:二穗短柄草的哑铃状气孔;下:拟南芥的肾状气孔

哑铃状的保卫细胞之所以更加高效是因为它们需求更少的溶质和水,而打开的孔径尺寸跟肾状保卫细胞的一样大。它们同样可以应对环境变化,因此能够充分利用换气,使之更加快速。

2007年发表在Plant Physiology上的一项澳大利亚研究在禾本科的小麦上发现,它的气孔打开关闭的速度比其他非禾本植物的快了一个数量级。

所以禾本科是否拥有一组不同的基因,可以产生哑铃状的保卫细胞,或者它们跟阔叶植物有着同样的基因,但是打开的方式不一样呢?这就是Raissig和他的同事要解决的问题。

他们筛选了禾本科二穗短柄草(小麦的亲戚)的基因组,发现它的哑铃状气孔基因跟拟南芥的肾状基因是一样的。

但是它的调节系统是不一样的。二穗短柄草使用一种不同的“转录因子”网络,即跟特定DNA序列绑定的蛋白质,可以控制基因的打开和关闭。这决定了植物有多少个气孔,气孔的位置以及形状。

Bergmann说,这些发现包含了一种“构造气孔的万能工具包”,将可以用作改进产量和抗旱性。

他们的研究发表在《美国国家科学院院刊》上。

本文译自 cosmosmagazine,由译者 许叔 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


给这篇稿打赏,让译者更有动力
支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:

4.0
赞一个 (9)

TOTAL COMMENTS: 17+1

  1. 3193427

    金坷垃,亩产八万八的秘密

    [45] XX [3] 回复 [0]
  2. 3193428

    不是金坷垃不科学

    [13] XX [0] 回复 [0]
  3. 龟毛先生
    @1 year ago
    3193429

    让我邪恶一把,感觉是不同魏吉娜形状能有很大差异··

    [11] XX [1] 回复 [0]
  4. 3193430

    亩产万斤什么概念?差不多十万斤啊!

  5. 3193431

    我记得C4水稻没什么下文了,估计遇到瓶颈了

  6. 幽幽
    @1 year ago
    3193441

    文科生只觉得气孔看起来好污

  7. 老蛋
    @1 year ago
    3193445

    所以对于二氧化碳的吸收速度不一样,产量也就不一样呗

  8. 装模做样芝麻
    @1 year ago
    3193448

    没一粒机一银克拉的能量 都相当于一颗远子弹

  9. 忘了叫啥
    @1 year ago
    3193464

    气孔同时控制了水分蒸腾和二氧化碳吸收,它具有自动调节机制,二氧化碳吸收太快会导致植物失水速度也过快。这里发现的应该是控制气孔响应的基因位点,可以有利于提高变化的自然环境下二氧化碳的总体吸收效率。

  10. Spector
    @1 year ago
    3193467

    咦?怎么没人争论转基因?

  11. 3193497

    @崔永元 这也是转基因哦

  12. 3193620

    直接改造人类基因实现光合作用吧~~~

  13. 大碾克
    @1 year ago
    3193727

    @qtggy: 杂交的事,能叫转基因吗(#滑稽)

  14. danlus
    @1 year ago
    3193757

    可以,这很人民日报

  15. 七月的烟火
    @1 year ago
    3193776

    第一个气孔放大图既像魏吉娜又像皮纳斯有木有?!

  16. MayDayNowHere
    @1 year ago
    3193961

    这些老外啥都不懂尽瞎折腾 亩产万斤的宝具早以被封印了 具体原因好像是因为不清真

  17. alpha_boy
    @1 year ago
    3241955

    用细菌分解杂草获得人工淀粉,加摩天大楼水培农业技术,亩产万斤是有理论上的可能,但是耗电也多,4代核电普及前不太可能。

发表评论


24H最赞