研究发现植物利用其内部昼夜节律来适应水分供应和盐分水平的波动

研究发现植物利用其内部昼夜节律来适应水分供应和盐分水平的波动 研究人员发现，植物利用它们的昼夜节律钟来应对一天中外部水分和盐分水平的变化。同样的回路由一种名为 ABF3 的蛋白质控制的优雅反馈回路也有助于植物适应干旱等极端条件。这些研究成果最近发表在《美国国家科学院院刊》上。"关键是植物被困在原地。它们无法跑来跑去喝水。它们不能随心所欲地移动到阴凉处，也不能远离盐分过高的土壤。正因为如此，它们才进化到利用昼夜节律来精确测量和适应环境，"该研究的资深作者、凯克医学院神经学、生物医学工程和定量计算生物学的大学和教务长教授、南加州大学米切尔森聚合生物科学中心主任史蒂夫-A-凯（Steve A. Kay）博士说。拟南芥幼苗表达昼夜节律时钟报告基因对水胁迫反应的生物发光图像"。图片来源：南加州大学童亮博士/凯实验室凯的实验室长期致力于研究昼夜节律时钟蛋白在植物和动物中的作用。昼夜节律调节生物变化的时钟蛋白可能为作物工程中的一个持续挑战提供了一个精明的解决方案。培育抗旱植物非常困难，因为植物会通过减缓自身的生长和发育来应对压力过度的压力反应意味着植物表现不佳。"在提高植物抗逆性的同时，还要最大限度地提高其生长和产量，这两者之间存在着微妙的平衡，"凯说。"气候变化使解决这一难题变得更加紧迫。"寻找反馈回路以前的植物生物学研究表明，时钟蛋白调控着植物中约 90% 的基因，是植物对温度、光照强度和昼长（包括决定植物何时开花的季节性变化）做出反应的核心。但一个悬而未决的大问题是，时钟蛋白是否以及如何控制植物处理不断变化的水和土壤盐度的方式。为了探索这种联系，凯和他的团队研究了拟南芥。拟南芥是一种常用于研究的植物，因为它个头小、生命周期快、基因组相对简单，而且与许多农作物有共同的性状和基因。他们创建了一个包含 2000 多种拟南芥转录因子的文库，这些转录因子是控制基因在不同环境下表达方式的蛋白质。转录因子可以提供有关生物过程调控的关键信息。然后，研究人员建立了一个数据分析管道，对每个转录因子进行分析并寻找关联。凯说："我们得到了一个非常大的惊喜：时钟调控的许多基因都与干旱反应有关，尤其是那些控制脱落酸激素的基因，脱落酸是植物在水位很高或很低时产生的一种胁迫激素。"分析表明，脱落酸水平受时钟蛋白和转录因子 ABF3 的控制，这就是凯所说的"同态反馈回路"。在一天的时间里，时钟蛋白调节 ABF3，帮助植物应对不断变化的水位，然后 ABF3 将信息反馈给时钟蛋白，以控制应激反应。当条件变得极端时，例如干旱期间，同样的循环有助于植物适应。遗传数据还揭示了处理土壤盐度变化的类似过程。这种回路的真正特别之处在于，它能让植物在对外界压力做出反应的同时，控制住自身的应激反应，从而继续生长发育。改造更好的作物研究结果指出了两种可能有助于提高作物抗逆性的新方法。农业育种者可以在昼夜节律ABF3回路中寻找和选择天然存在的遗传多样性，这种多样性能让植物在应对水和盐分胁迫时略胜一筹，即使抗逆性略有提高，也能大幅度提高作物产量。凯和他的同事还计划探索一种基因改造方法，利用CRISPR来设计促进ABF3的基因，从而设计出高度抗旱的植物。这可能是在思考如何调节作物植物以提高其抗旱性方面的一个重大突破。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

中国科学家发现让茶叶口感更佳的秘密

中国科学家发现让茶叶口感更佳的秘密 研究表明，茶叶的品质不仅取决于茶树的品种，还取决于茶树根部的微生物，改变这些微生物群落可以提高氨基酸含量，从而显著改善茶叶品质。"通过微生物组学研究，我们在不同品质的茶树根部发现了微生物群落的显著差异，尤其是与氮代谢相关的微生物，"中国福建农林大学的许通达说。"最关键的是，通过从优质茶树根系中分离和组装合成微生物群落，我们成功地显著提高了不同茶树品种的氨基酸含量，从而改善了茶叶品质"。这张照片显示的是中国福建武夷山的茶山茶叶栽培的挑战和微生物解决方案中国拥有丰富的茶树遗传资源。但是，研究人员解释说，通过分子遗传育种方法提高茶叶品质具有挑战性。人们有兴趣寻找其他方法来改造和提高茶叶品质，或许包括使用微生物制剂。早先的研究表明，生活在植物根部的土壤微生物会影响植物吸收和利用养分的方式。在新的研究中，研究人员希望进一步了解根部微生物对茶叶品质的具体影响。他们发现，茶叶根部的微生物会影响其对氨的吸收，进而影响茶氨酸的产生，而茶氨酸是决定茶叶口感的关键。他们还发现，不同茶叶中定植的微生物存在差异。通过比较茶氨酸含量不同的茶叶品种，他们确定了一组微生物，这些微生物有望改变氮代谢，提高茶氨酸的含量。接下来，他们构建了一个被称为"SynCom"的合成微生物群落，该群落与一种名为"Rougui"的高丙氨酸茶叶品种的微生物群落非常相似。当他们将 SynCom 应用于茶叶根部时，发现它提高了茶氨酸的水平。这种微生物还能让拟南芥这种常用于基础生物学研究的植物更好地耐受低氮条件。对农业的广泛影响该研究的合著者唐文新说："人们最初对从优质茶树根部提取的合成微生物群落的期望是提高劣质茶树的品质。然而，我们惊讶地发现，合成微生物群落不仅能提高低品质茶树的品质，还能对某些高品质茶叶品种产生显著的促进作用。而且，这种效果在低氮土壤条件下尤为明显"。这张照片显示的是中国福建武夷山的茶山研究结果表明，合成微生物群落可以改善茶叶的品质，尤其是在缺氮的土壤条件下生长的茶叶。由于茶树需要大量的氮，这一发现有助于减少化肥的使用，同时提高茶树的品质。这些发现可能会对更广泛的农作物产生重要影响。"根据我们目前的实验结果，加入 SynCom21 微生物群落不仅改善了不同茶叶品种对铵态氮的吸收，还增强了拟南芥对铵态氮的吸收，"许说。"这表明，SynCom21的铵态氮吸收促进功能可能适用于各种植物，包括其他作物。"例如，它可以培育出品质更好的水稻，包括蛋白质含量更高的水稻。他们现在计划进一步优化 SynCom，并评估其在田间试验中的应用。他们还希望进一步了解根部微生物如何影响茶树的其他次生代谢物。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

独特的蕨类植物利用枯死的"僵尸叶"从土壤中吸取养分

独特的蕨类植物利用枯死的"僵尸叶"从土壤中吸取养分 植物生物学教授詹姆斯-达林（James Dalling）及其同事发现，一些树蕨类植物会将枯死的叶片循环利用，变成根系当植物的叶片死亡、枯萎并垂落到地面时，这些叶片的末端会长出细小的根须，将它们与土壤连接起来。随后的实验室测试表明，当这种情况发生时，植物会逆转这些叶片中的水流，利用它们从土壤中汲取氮气。描绘树蕨的枯叶（棕色）如何变成根的插图那么，为什么其他植物不采用这种做法呢？桫椤每年的生长速度不过几厘米，而且该地区土壤中的养分分布不均，所以这种植物必须让自己的生长真正发挥作用。因此，桫椤并没有把精力投入到生长特殊的、寻求养分的、可能永远无法到达肥沃土壤的根系结构上，而是循环利用已经长出的叶片来进行光合作用。这种植物通过重新配置自身的死亡组织来养活自己的安排以前从未有过记载。达林认为，其他科学家之前之所以没有注意到桫椤的这一现象，只是因为叶片看起来就像腐烂的植物物质。研究人员说："这是一种真正新颖的组织再利用。它与我们所知的其他蕨类植物的做法截然不同。"最近发表在《生态学》杂志上的一篇论文介绍了这项研究。更多信息请观看以下视频。 ... PC版： 手机版：

钾枯竭：全球粮食安全的隐形威胁

钾枯竭：全球粮食安全的隐形威胁 这项今天（2 月 19 日）发表在《自然-食品》上的研究发现，在世界许多地区，从农业土壤中移除的钾比添加的钾还要多。研究还就如何缓解这一问题提出了一系列建议。钾是植物生长的重要养分，有助于光合作用和呼吸作用，缺乏钾会抑制植物生长，降低作物产量。农民通常在田地里施用富含钾的肥料，以补充耗尽的养分，但供应问题可能会阻碍钾的使用，而且钾对环境的影响也是一个挥之不去的问题。研究人员报告说，在全球范围内，约有 20% 的农业土壤面临严重缺钾问题，一些特定地区的缺钾情况可能更为严重，其中包括东南亚 44% 的农业土壤、拉丁美洲 39% 的农业土壤、撒哈拉以南非洲 30% 的农业土壤以及东亚 20% 的农业土壤，这主要是由于农业生产方式更为密集造成的。共同作者马克-马斯林教授（伦敦大学洛杉矶分校地理学系）说："钾对维持作物产量至关重要，钾的消耗对全世界数百万人的粮食安全构成了重大威胁。这是一个被忽视的问题，随着世界人口的不断增长，需要采取一系列行动加以解决。"农民通常依靠钾肥来补充田间的钾元素，但这种矿物质的价格波动很大。钾肥生产高度集中，在近 120 亿英镑的国际钾肥市场上，仅有 12 个国家占据主导地位，其中加拿大、俄罗斯、白俄罗斯和中国生产的钾肥原料占全球总量的 80%。研究人员强调了 2022 年 4 月钾肥价格如何在一系列"完美风暴"因素（包括化肥需求上升、燃料价格上涨、大流行病的恢复、世界各地一系列政府行动以及俄罗斯入侵乌克兰）的作用下，比上一年上涨了 500%。俄罗斯和白俄罗斯出口的钾肥约占全球供应量的 42%，但在 2022 年俄罗斯入侵乌克兰之后，英国、美国、加拿大和欧盟对这两个国家实施了进口制裁，扰乱了全球供应，加剧了价格飙升。自最初价格飙升以来，钾肥成本已下降了约 50%，但仍然居高不下，这让人们担心，在目前的制度下，农民将无法获得足够的化肥来维持粮食供应。共同作者、爱丁堡大学的彼得-亚历山大（Peter Alexander）博士说："钾肥价格的波动对全球粮食系统具有重大影响。获得钾对农民保持作物产量至关重要，但最近钾肥成本居高不下，使得最弱势群体更难获得钾肥。这种市场集中和脆弱性是研究人员呼吁改善钾管理和建立健全政府间协调机制的原因之一。目前，在土壤钾的可持续管理方面，还没有类似于为氮和磷等其他重要作物养分建立的制度那样的国家或国际政策或法规。2021 年，全球钾肥消费量达到 4500 万吨，预计到 2025 年，随着白俄罗斯、加拿大、俄罗斯、澳大利亚、厄立特里亚和英国新项目的启动，全球产量将增至约 6900 万吨。然而，钾盐开采引起了人权方面的关注，并对环境产生了重大影响。钾盐开采会产生数百万吨垃圾，其中大部分是氯化钠盐，这些垃圾会渗入土壤，使土壤和地下水位盐碱化，对动植物造成危害。人们对钾肥径流对当地生态系统的影响知之甚少，研究人员建议对其影响开展更多研究。主要作者、英国生态学与水文学中心的威尔-布朗利（Will Brownlie）说："钾肥开采和农业使用对环境的影响需要更严格的审查。关于人工富钾对附近生态系统的影响，我们还有很多不了解的地方。通过明智地处理氮、磷、钾等养分，我们可以获得多重效益，防止污染，提高作物产量，并最大限度地减少养分流失。这就需要协调我们的方法，以取得更好的农业成果"。研究人员提出了六项政策和实践建议，以防止潜在的作物减产，保护农民免受价格波动的影响，并解决环境问题。这些建议包括：对目前的钾储量和流量进行全球评估，以确定风险最大的国家和地区建立监测、预测和应对钾价波动的国家能力进一步研究各种作物和土壤中有限的钾对产量的影响，帮助农民保持足够的土壤钾含量评估钾盐开采对环境的影响并制定可持续的应用方法发展全球循环钾经济，最大限度地减少营养物质的使用，并最大限度地进行再利用和再循环通过联合国和其他机构加强政府间合作，开展类似于氮问题的全球政策协调工作编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究发现频繁的除草活动会让植物进入生存模式 激活防御机制进行反击

研究发现频繁的除草活动会让植物进入生存模式 激活防御机制进行反击 银叶夜来香的花是紫色的，有时是白色的，这种植物被切割得越多，对天敌的毒性就越大。亚历杭德罗-巴斯克斯阿肯色大学昆虫学和植物病理学系副教授鲁佩什-卡里亚特研究银毛龙葵（Solanum elaeagnifolium）已有十多年。银毛龙葵是番茄、烟草、辣椒和茄子等植物家族中的一员。在那里，他从飞机座位的有利位置看到了这种植物在该国的广泛分布，因为它生长在葡萄树的下层，从土壤中吸取养分并杀死葡萄树。快进到 10 年前，卡里耶特发现自己正在德克萨斯州南部研究银毛龙葵，他注意到定期修剪和不定期修剪的植物有所不同。2018 年，他和他的合作者开始收集有关这些植物以及影响它们的除草时间表的数据。研究小组发现，割过草的银毛龙葵似乎在刀片的虐待下茁壮成长。在最近发表在《科学报告》上的一项研究中，卡里耶特和他的团队发现，被除草的植物变得更强壮、更有毒，变成了一种"超级杂草"。具体来说，定期修剪的银毛龙葵植物的根部比未受干扰的植物要深得多，可达约 5 英尺（约 1.5 米）深。此外，当银毛龙葵植物被割草机砍伐后重新生长时，它们长出了更多的穗状花序，并开出了毒性更强的花朵这两种适应性使它们能够抵御毛毛虫的捕食。研究还发现，以未除草的银毛龙葵为食的毛虫比以定期除草的银毛龙葵为食的毛虫更重，这意味着它们能够吃掉更多未除草的杂草。最后，植物开始萌发出不同的种子：有些种子发芽快，有些种子发芽时间较长。这就形成了一种交错发芽的方法，确保了物种更高的存活率。卡里亚特说："你们试图修剪这些植物，这样植物就会被消灭。但实际上，你们在这里所做的，是让它们变得更糟糕、更强壮"。虽然卡里亚特不太确定如何处理除草会增加银毛龙葵强度的难题，但他确实表示，这些发现应该会对杂草管理产生影响。例如，在处理这种杂草时，可能会事半功倍。卡里亚特谈到这种植物的防御能力时说："我们在制定管理计划时应该考虑到这一点。需要利用该物种的生态学和生物学以及与之相互作用的其他物种来更好地理解管理方法。"他还说，有必要开展进一步研究，探索茄科其他植物如何应对人类产生的机械压力。 ... PC版： 手机版：

日本植物感知温度机制研究获进展 有助稳定粮食生产

日本植物感知温度机制研究获进展 有助稳定粮食生产 据了解，植物感知温度的机制一直是个谜团，随着气候变化持续给农作物生产造成严重影响，探明植物适应气温变化的机制对稳定粮食生产来说是一个紧迫课题。 新华社星期天（12月3日）报道，日本东北大学一个研究小组最新发现，豆科植物雨树下雨时合拢叶子的现象与温度下降有关，一种控制雨树叶子夜间合拢、白天打开的分子同时充当着温度感受器。 东北大学日前发布新闻公报说，温度是在很大程度上能影响细胞活动的环境因素之一，因此，感知温度对所有生物来说都非常重要，而植物感知温度的机制一直是个谜。相关成果已发表在美国《当代生物学》杂志上。 东北大学研究生院理学研究科教授上田实等研究人员注意到，雨树在下雨的时候会合拢叶子，研究后发现叶子温度下降是触发叶子合拢的原因。 雨树夜间会合拢叶子，早晨重新打开，这种类似植物睡觉的运动称为植物的感夜性。上田实等人2018年曾报告，控制雨树感夜性的是存在于叶柄部位细胞中的钾离子通道SPORK2。在本次研究中，他们又发现SPORK2同时也具备感知温度变化的功能。 研究员还发现豆科的另外两种植物以及最常见的模型植物拟南芥的SPORK2直系同源基因的活性，发现这些基因合成的蛋白质同样是具备温度感知功能的离子通道。这证明植物界可能普遍存在温度感应分子。 公报说，近年来气候变化给农作物生产造成严重影响，探明植物适应气温变化的机制对稳定粮食生产来说是一个紧迫课题。 2023年12月3日 5:15 PM