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

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(yíng)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(shì)》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(rùn)或者干燥時(shí)，都會(huì)由于根部缺氧而導(dǎo)致生長(zhǎng)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(shì)、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(zhǎng)過程中形成通氣組織需要一種名為“生長(zhǎng)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(zhǎng)所需的必需營(yíng)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(cè)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?！贝送?，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(guó)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(jìng)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(guó)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。”

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）