乙醇在處理植物土壤干旱方面的應(yīng)用研究

中國生物多樣性保護(hù)與綠色發(fā)展基金會（簡稱中國綠發(fā)會，綠會）是聯(lián)合國防治荒漠化公約的觀察員機構(gòu)，持續(xù)關(guān)注全球范圍內(nèi)防治荒漠化和對抗干旱方面的最新動態(tài)。近日，中國綠發(fā)會國際部從國際知名期刊獲悉一文，文章指出：用外源乙醇處理小麥和水稻等普通作物可以在干旱期間提高作物產(chǎn)量。

綠會國際部現(xiàn)將該文整理編譯如下，供感興趣的讀者參考和了解，也歡迎相關(guān)領(lǐng)域的專家對此項研究進(jìn)一步探討和交流。

兩周無水后，當(dāng)用水預(yù)處理土壤時，小麥無法存活（左），但當(dāng)用3%乙醇預(yù)處理土壤后，小麥生長旺盛（右）。水稻和模式植物擬南芥（Arabidopsis）也是如此。 圖源：RIKEN

日本理化學(xué)研究所可持續(xù)資源科學(xué)中心的一項新研究表明，乙醇可以幫助植物在干旱時期存活。由Motoaki Seki教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員表明，向土壤中添加乙醇可以使包括水稻和小麥在內(nèi)的植物在兩周無水后茁壯成長。由于乙醇安全、廉價且可廣泛獲得，這一發(fā)現(xiàn)提供了一種在水資源匱乏的情況下提高全世界糧食產(chǎn)量的實用方法，而不需要昂貴、耗時且有時有爭議的轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)。這項研究發(fā)表在2022年8月25日的《植物和細(xì)胞生理學(xué)》雜志上。

可預(yù)見的未來包括人口穩(wěn)步增長和氣候變化導(dǎo)致的水資源短缺增加，這兩種情況將不可避免地導(dǎo)致糧食短缺，除非采取行動。一種選擇是找到一種方法，防止植物在沒有水的情況下死亡。對植物進(jìn)行基因改造，使其氣孔（葉片上的氣孔）保持關(guān)閉，這在某種程度上是有效的，因為它可以防止水分離開植物。然而，制造轉(zhuǎn)基因植物既昂貴又耗時，最需要的國家可能無法平等獲得這些轉(zhuǎn)基因作物。

Seki和他的團(tuán)隊一直在研究另一種方法。他們知道，植物在缺水時會產(chǎn)生乙醇，因此他們推斷，將其提供給植物可以保護(hù)它們免受未來干旱的影響。為了驗證這一假設(shè)，他們在充足的水下種植了大約兩周的植物。然后，他們用乙醇預(yù)處理土壤三天，然后缺水兩周。大約75%的乙醇處理的小麥和水稻植株在復(fù)水后存活，而不到5%的未處理植株存活。

在證明了乙醇可以保護(hù)這兩種重要作物免受干旱之后，他們接下來開始通過關(guān)注模式植物擬南芥來解釋原因。首先，他們看樹葉。他們發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過乙醇處理的擬南芥植物在缺水后不久，氣孔關(guān)閉，葉溫升高。在缺水11天和12天時，這些植物比未經(jīng)處理的植物在葉片中保留了更多的水分。

然后，研究人員分析了缺水前后的基因表達(dá)，并在預(yù)處理前對乙醇進(jìn)行了放射性標(biāo)記。這使他們能夠看到干旱期間激活了哪些過程，以及乙醇被植物根系吸收后發(fā)生了什么。甚至在缺水之前，乙醇處理過的植物就開始表達(dá)在缺水期間正常表達(dá)的基因。此外，在未經(jīng)處理的葉片含水量下降的同時，乙醇處理的植物正在從乙醇中制造糖并進(jìn)行光合作用。

Seki說，用乙醇處理土壤可以在幾個方面緩解干旱。首先，干旱相關(guān)基因甚至在缺水之前就已經(jīng)表達(dá)出來，使植物在準(zhǔn)備工作中處于領(lǐng)先地位。然后，氣孔關(guān)閉，讓葉片保留更多水分。同時，一些乙醇被用來制造各種各樣的糖，這些糖提供了非常需要的能量，而這些能量通常很難通過封閉的氣孔獲得。

Seki說：“我們發(fā)現(xiàn)，用外源乙醇處理小麥和水稻等普通作物可以在干旱期間提高作物產(chǎn)量。就像在擬南芥中一樣，這可能是通過調(diào)節(jié)干旱脅迫反應(yīng)的代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)譜的變化。這為我們提供了一種既便宜又簡單的方法來提高作物產(chǎn)量，即使在水資源有限的情況下，也不需要進(jìn)行基因改造。”

原文參看：
https://phys.org/news/2022-08-pretreating-soil-ethanol-drought.html

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