新闻资讯 · 2022年 8月 19日

【Telegram中文版】光和温度影响植物生长奥秘揭开,新发现有助开发抵御气变的更好作物【Telegram中文官网】

科技日报记者 张梦然

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植物伸长和弯曲以确保获得阳光。美国索尔克研究所科学家发现,当植物被树冠遮蔽并同时暴露在温暖的温度下时,会有两种植物因子促发加速生长。发表于《自然·通讯》的这项发现将帮助科学家预测植物会如何应对气候变化,并在全球气温上升损害产量的情况下提高作物生产力。

光和温度影响植物生长奥秘揭开,新发现有助开发抵御气变的更好作物

不同光照和温度条件下的拟南芥细胞(上)和幼苗(下)。最右图所示的幼苗在阴凉和温暖的温度下显示出加速生长。

图片来源:索尔克研究所

研究人员表示,人们以一定的密度种植农作物,但研究结果表明,随着气候变化,需要降低种植密度以优化生长。了解植物如何对光和温度作出反应的分子基础,使人们能以特定方式微调作物密度,从而获得最佳产量。

在发芽过程中,幼苗的茎迅速拉长,突破覆盖的土壤,以尽快捕捉阳光。通常,茎暴露在阳光下后会减慢生长速度。但是,如果植物与周围的植物争夺阳光,或者响应温暖的温度以增加炎热地面和植物叶子之间的距离,茎可以再次迅速伸长。虽然树冠遮荫和温暖的温度这两种环境条件都会促进茎的生长,但它们也会降低产量。

在新研究中,研究人员比较了同时在树冠遮荫和温暖温度下生长的植物,以模拟高作物密度和气候变化。他们使用了模式植物拟南芥,以及番茄和烟草的近亲,来了解这3种植物是否同样受到这种环境条件的影响。

研究发现,在所有3个物种中,当植物同时避开邻近植物产生的阴影并暴露在较温暖的温度下时,它们会长得非常高。在分子水平上,研究人员发现转录因子PIF7是一种帮助基因“开启”和“关闭”的蛋白质,是推动快速增长的主要因素。研究还发现,当作物检测到邻近植物时,生长素会增加,从而促进生长以应对同时变暖的温度。这种协同的PIF7—生长素途径使植物能对其环境作出反应并寻求最佳生长条件。

一个相关的转录因子PIF4在温暖的温度下也刺激了茎的伸长。然而,当阴影和温度升高结合起来时,这个因素就不再发挥重要作用。而先前的研究已表明该因素在相关生长情况中的重要性。

研究人员表示,全球气温正在上升,因此人们需要能在这些新条件下茁壮成长的粮食作物。确定在温暖温度下调节植物生长的关键因素,将有助于开发出性能更好的作物来养活后代。