美國和中國大學的研究小組表示,他們已經找到了幫助植物度過極端高溫的方法。
由於世界各地的農作物受到氣溫上升的威脅,這項研究可以幫助植物抵禦氣候變遷。
如果這些發現可以應用於常見作物,那麼這對於在熱浪期間保護糧食供應可能至關重要。
農作物會受到氣候變遷的影響嗎?
氣候危機導致熱浪的可能性最多 10 倍在世界上的一些地方。
熱浪對農作物來說可能是致命的。當遭受高溫和乾旱時,植物的防禦能力會減弱,農作物容易受到昆蟲和致病病原體的攻擊。
熱浪期間可能會消滅大量農作物。這威脅著人類的糧食供應以及用於生產牲畜飼料和汽車生物燃料的工廠。
在義大利北部,正遭受熱浪和乾旱的影響,水稻和玉米等作物正在被消滅。
植物在高溫下會發生什麼事?
美國耶魯大學、加州大學柏克萊分校和杜克大學以及中國華中農業大學陳濤的科學家表示,他們已經發現了熱量導致植物防禦失敗的確切方式。
研究團隊對一種名為擬南芥的植物進行了實驗,這種植物屬於芥菜科,常用於科學實驗室測試。
科學家研究了一種稱為水楊酸的植物防禦激素。當植物受到疾病或害蟲的威脅時,水楊酸的含量會增加七倍。這可以增強植物的免疫系統並有助於抵禦攻擊。
然而,在特別高的溫度下,植物無法增加水楊酸水平,使其在面對病原體或昆蟲時毫無防禦能力。
科學家發現,即使在短時間內的高溫下也是如此。
植物如何在高溫下生存?
科學家已經找到了一種方法來防止水楊酸產量下降,從而在溫度升高時增強植物的免疫力。
如果它們能夠在普通作物中複製出相同的耐熱性,那麼就可以防止糧食危機極熱。
科學家試圖了解植物如何感受溫度,並尋找改變這種感覺的方法。
研究小組花了數年時間研究植物的光敏色素,這種細胞充當內部溫度計,告訴植物在溫暖的春季天氣何時開始生長和開花。
他們在植物上進行了實驗,其中的光敏色素被修改為持續活躍,但即使這些植物在暴露於高溫時也會受到削弱的防禦作用。
該團隊轉而採用“下一代測序”,以研究不同溫度下植物的基因。
他們發現,許多在高溫下「關閉」的基因是由一個名為 CBP60g 的主基因控制的。
當 CBP60g 變得太熱並停止運作時,它也會阻止蛋白質的產生,而蛋白質可以讓植物產生更多的水楊酸。因此,在熱應激下,植物的免疫力受到損害。
科學家發現,如果他們創造出一種永久開啟 CBP60g 基因的突變擬南芥,該植物即使在高溫下也能夠維持其防禦系統並阻止攻擊。
耐熱植物可以幫助解決糧食危機嗎?
現在的挑戰是將這種耐熱能力轉移到普通糧食作物上。
番茄、水稻和油菜籽等植物在熱壓力下的表現與擬南芥相似。科學家現在正在用 CBP60g 突變系統測試油菜籽,並表示結果是正面的。
如果基因突變在其他常見作物中發揮類似作用,則可能意味著確保糧食作物產量即使在高溫下也能保持一致。
沒有跡象表明在農作物上使用基因突變會改變所生產食品的風味或對消費者構成任何風險。