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科学家揭示谷类作物耐旱的奥秘

麦、稻、玉米等谷类作物的抗旱能力通常比其他很多植物强。德国科学家最新发现了其中的原因,相关知识有望用于培育抗旱能力更强的农作物。植物叶、茎等处的气孔是空气和水蒸气的通路,二氧化碳可以通过气孔进入植物体完成光合作用,多余的水分可以通过气孔排出,而它们的通过量则由保卫细胞的开闭来调节。其他植物的气孔周围通常只有一对保卫细胞,而谷物的叶片气孔周围,在一对哑铃状的保卫细胞外侧还有一对副卫细胞。德国维尔茨堡

麦、稻、玉米等谷类作物的抗旱能力通常比其他很多植物强。德国科学家最新发现了其中的原因,相关知识有望用于培育抗旱能力更强的农作物。

植物叶、茎等处的气孔是空气和水蒸气的通路,二氧化碳可以通过气孔进入植物体完成光合作用,多余的水分可以通过气孔排出,而它们的通过量则由保卫细胞的开闭来调节。其他植物的气孔周围通常只有一对保卫细胞,而谷物的叶片气孔周围,在一对哑铃状的保卫细胞外侧还有一对副卫细胞。

德国维尔茨堡大学研究人员在新一期美国《当代生物学》杂志上介绍,他们借助显微镜观察大麦后发现,气孔关闭时,这两个副卫细胞会吸收并储存保卫细胞中的钾离子和氯化物,待气孔打开时再将这些离子输送回保卫细胞。副卫细胞相当于钾离子和氯化物的动态储存库,使保卫细胞调节气孔开度更快捷高效,从而减少水分浪费。

此外,还有一种机制让谷物能够更好地应对干旱等极端环境。通常情况下,植物在缺水时会产生一种名为“脱落酸”的激素,使气孔迅速关闭,防止枯萎。德国研究人员发现,大麦等谷物保卫细胞内的慢阴离子通道蛋白(SLAC1)与其他植物的同类蛋白有两个氨基酸不同,这使谷物的慢阴离子通道蛋白还能作为“硝酸盐感受器”,通过测量硝酸盐含量来获知光合作用效率。也就是说,谷物可通过脱落酸和硝酸盐含量综合感知自身缺水程度及光合作用效率,避免“渴死”或“饿死”。

研究人员说,他们打算将谷物的“硝酸盐感受器”移至模式植物拟南芥中,探索其他草本植物能否受益于这一机制。如果效果不错,还可考虑用这种方法使土豆、西红柿和油菜等作物更耐干旱等不利环境。

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作者:杭州桂冠小宣

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