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用乙醇預(yù)處理土壤可以保護植物免受干旱?| 綠會國際部分享

中國綠發(fā)會
長期致力生態(tài)文明建設(shè)、生物多樣性保護與綠色發(fā)展
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中國生物多樣性保護與綠色發(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,并在預(yù)處理前對乙醇進行了放射性標(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在缺水期間正常表達的基因。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)表達出來,使植物在準備工作中處于領(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,也不需要進行基因改造?!?/p>

參考文獻:https://phys.org/news/2022-08-pretreating-soil-ethanol-drought.html

編譯:Daisy

審核:Lucy

編輯:Tommy

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2023-03-19