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            光和溫度影響植物生長奧秘揭開

            2022-09-01 08:56:59     來源:科技日報

               科技日報記者?張夢然

            植物伸長和彎曲以確保獲得陽光。美國索爾克研究所科學家發現,當植物被樹冠遮蔽并同時暴露在溫暖的溫度下時,會有兩種植物因子促發加速生長。發表于《自然·通訊》的這項發現將幫助科學家預測植物會如何應對氣候變化,并在全球氣溫上升損害產量的情況下提高作物生產力。


            不同光照和溫度條件下的擬南芥細胞(上)和幼苗(下)。最右圖所示的幼苗在陰涼和溫暖的溫度下顯示出加速生長。

            圖片來源:索爾克研究所

            研究人員表示,人們以一定的密度種植農作物,但研究結果表明,隨著氣候變化,需要降低種植密度以優化生長。了解植物如何對光和溫度作出反應的分子基礎,使人們能以特定方式微調作物密度,從而獲得最佳產量。

            在發芽過程中,幼苗的莖迅速拉長,突破覆蓋的土壤,以盡快捕捉陽光。通常,莖暴露在陽光下后會減慢生長速度。但是,如果植物與周圍的植物爭奪陽光,或者響 應溫暖的溫度以增加炎熱地面和植物葉子之間的距離,莖可以再次迅速伸長。雖然樹冠遮蔭和溫暖的溫度這兩種環境條件都會促進莖的生長,但它們也會降低產量。

            在新研究中,研究人員比較了同時在樹冠遮蔭和溫暖溫度下生長的植物,以模擬高作物密度和氣候變化。他們使用了模式植物擬南芥,以及番茄和煙草的近親,來了解這3種植物是否同樣受到這種環境條件的影響。

            研究發現,在所有3個物種中,當植物同時避開鄰近植物產生的陰影并暴露在較溫暖的溫度下時,它們會長得非常高。在分子水平上,研究人員發現轉錄因子 PIF7是一種幫助基因“開啟”和“關閉”的蛋白質,是推動快速增長的主要因素。研究還發現,當作物檢測到鄰近植物時,生長素會增加,從而促進生長以應對 同時變暖的溫度。這種協同的PIF7—生長素途徑使植物能對其環境作出反應并尋求最佳生長條件。

            一個相關的轉錄因子PIF4在溫暖的溫度下也刺激了莖的伸長。然而,當陰影和溫度升高結合起來時,這個因素就不再發揮重要作用。而先前的研究已表明該因素在相關生長情況中的重要性。

            研究人員表示,全球氣溫正在上升,因此人們需要能在這些新條件下茁壯成長的糧食作物。確定在溫暖溫度下調節植物生長的關鍵因素,將有助于開發出性能更好的作物來養活后代。


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