植物“长高”靠的啥? 柳枝稷的“秘密”有玄机

2017-12-11 10:02:42来源:青岛晚报

原标题:植物长个的神奇

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在动画片中,大力水手吃菠菜会变得高大强壮。那么,让植物变高的魔法又是什么呢?最近,中科院青岛生物能源与过程研究所分子育种团队发现了植物长高的秘密,只要“吃”了这种神秘物质,原本矮小的植物便能更快长成参天大树。

柳枝稷的生长“秘密”

距今二十五亿年前,植物的出现为人类的诞生提供了赖以生存的环境和资源;当今世界,人口膨胀导致粮食短缺、能源巨耗、资源枯竭、环境退化与生态失衡等一系列重大问题,而其解决方案都直接或间接地与植物相关。在北美洛基山脉以东,北纬55°以南大草原上生长着一种多年生且光合效率高的草本植物——柳枝稷。因其土壤适应能力强,能够在干旱、寒冷、贫瘠等边际土壤生长,柳枝稷已经在中国、阿根廷、英国、印度、希腊和意大利等国家广泛引种,用于生态环境修复。另外,柳枝稷还是一种优良的牧草和能源草作物,科学家正努力解析控制柳枝稷“身高”的分子调控途径,以期得到牧草产量高、绿色能源含量高的柳枝稷新品种。

柳枝稷在野外能够长到2米左右,亩产干草可达1.5-2吨。中国科学院青岛生物能源与过程研究所作物分子育种团队的研究人员发现,剪取柳枝稷一段茎节进行诱导愈伤,在组织培养过程中,出现了一株极其矮小,茎秆缺失,叶片变绿的突变体。因为植物激素是影响植物生长的重要因子,因此科研人员使用不同植物激素对该突变体进行了喷施。结果发现,喷施赤霉素能够使柳枝稷突变体的茎秆恢复正常生长。研究人员将正常生长的柳枝稷作为对照和突变体一起进行转录组测序,在测序结果中发现,赤霉素合成过程中的编码内根——贝壳杉烯合成酶的基因KS在突变体中缺失,该基因突变能够导致植株发生严重矮化,而喷施赤霉素后能够使柳枝稷突变体恢复正常生长。

赤霉素的神奇效果

赤霉素作为一种重要的植物激素,在植物茎的生长过程中发挥重要作用。一方面,赤霉素通过增加细胞壁的延展性来增加细胞的伸长生长;另一方面,赤霉素能够通过促进细胞周期转换促进细胞分裂。基于上述研究,研究人员正试图通过调控控制茎伸长途径中的基因表达,获得更高更大的柳枝稷或其他能源草的理想株型。随着人类社会的发展,全球能源需求节节攀升。而化石能源的过度使用更加剧了大气污染和全球气候变暖等一系列环境问题。因此,寻找新型绿色可再生能源成为摆在人类面前的一项迫在眉睫的工作。

具有理想株型的能源植物能够吸收更多的二氧化碳,减缓全球气温变暖;而且还能够通过工业化生产获得清洁可再生的生物燃料。例如美国能源部 (DOE)就与国家实验室及私营企业合作,研制利用柳枝稷低成本生产生物燃料的生产工艺,用作飞机或者汽车的动力来源。其中生物乙醇的使用不产生任何环境污染物,其燃烧的产物二氧化碳和水能够重新被植物吸收,形成一个清洁环保且可再生的循环过程,从而为人类努力创造一个可持续发展的绿色家园。青岛晚报/掌上青岛/青网 记者 王伟

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