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科学家发现植物是如何呼吸的以及人类造就了植物的肺

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-07-09 08:22  浏览次数:0
摘 要:植物学家自19世纪以来就知道叶子有气孔,包含着复杂的内部空气通道网络。但直到现在,人们还不明白这些通道是如何在正确的位置
       植物学家自19世纪以来就知道叶子有气孔,包含着复杂的内部空气通道网络。但直到现在,人们还不明白这些通道是如何在正确的位置形成的,以便向每个植物细胞提供稳定的二氧化碳流。
 
       这项由谢菲尔德大学可持续食品研究所的科学家领导并发表在《自然通讯》杂志上的新研究利用基因操纵技术揭示了树叶气孔越多,形成的空域就越多。这些通道的作用就像细支气管——把空气输送到人和动物肺部的交换表面的微小通道。他们与诺丁汉大学和兰开斯特大学的同事合作,发现二氧化碳通过气孔的运动最有可能决定空气通道网络的形状和规模。
 
    这一发现标志着我们对叶子内部结构的理解向前迈出了一大步,以及组织的功能如何影响它们的发展——这可能会在进化生物学等领域产生超越植物生物学的影响。这项研究还表明,小麦植株是由一代又一代的人培育出来的,他们的叶子上的毛孔更少,空气通道也更少,这使得他们的叶子更加浓密,并且可以在更少的水分下生长。
 
    这一新的发现突显了科学家们通过改变叶片的内部结构,使小麦等主要作物更加节水的潜力。可持续食品研究所的其他科学家正在率先采用这种方法,他们已经开发出气候适宜的水稻和小麦,能够在极端干旱条件下生存。
 
    谢菲尔德大学可持续食品研究所的安德鲁·弗莱明教授说:“直到现在,植物形成其复杂的空气通道模式的方式对植物科学家来说仍然是令人惊讶的神秘。“这一重大发现表明,空气通过树叶的运动形成了它们的内部工作方式——这对我们思考植物进化的方式具有启示意义。
 
    “人类已经无意中通过培育耗水量较少的小麦影响了植物的呼吸方式,这一事实表明,我们可以瞄准这些空气通道网络,开发出能够在我们预计随着气候崩溃而出现的更严重干旱中生存的作物。”兰开斯特大学Leverhulme早期职业研究员Marjorie Lundgren博士说:“长期以来,科学家们一直怀疑气孔的发育和叶子内部的空气空间的发育是协调的。但是,我们不太确定是哪一个驱动了另一个。所以这开始是“什么先来,鸡还是蛋?”问题。
 
    ”通过一组巧妙的涉及X射线CT图像分析的实验,我们的合作团队使用具有非常不同叶片结构的物种回答了这些问题。当我们发现气孔的发展引发了空气空间的膨胀时,我们进一步证明了气孔实际上需要交换气体才能使空气空间膨胀。这描绘了一个更有趣的故事,与生理学有关。”X射线成像工作是在诺丁汉大学的霍恩菲尔德研究所进行的。该研究所所长,Sacha Mooney教授说:“直到最近,X射线CT(或CAT扫描)在植物科学中的应用还主要集中在观察植物在土壤中生长时隐藏的一半——根部。
 
    “与谢菲尔德的合作伙伴合作,我们现在已经开发出3D技术来可视化植物叶片的细胞结构,让我们能够看到叶片内部复杂的空气空间网络如何控制其行为。这太令人兴奋了。”谢菲尔德大学可持续食品研究所汇集了多学科的专业知识和世界一流的研究设施,帮助实现粮食安全和保护我们赖以生存的自然资源。
 
 
 
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