高温让作物早播种子 限制繁育力减少产量

全球变暖或对石油作物生产的威胁。资料来源:farminguk.com

气候变化威胁着世界农作物产量，但人们对全球变暖将如何影响正常植物生理功能知之甚少。英国的研究人员最近发现，更高的温度加速了卷心菜和芥菜家族的种子扩散，从而限制了繁殖的成功。这种效应是由一种叫做“胶囊封闭型”的基因调节的。相关论文于2月12日发表在细胞出版集团《分子植物杂志》上。

“在许多作物中，如油菜，种子过早传播是作物损失的主要原因之一。在气候变化的背景下，这可能会变得越来越严重。”该研究论文的合著者、英国约翰·因尼斯中心的植物发育生物学家维诺德·库马尔(Vinod Kumar)说，“这项研究揭示了作物在全球变暖背景下的潜在脆弱性，并为解决这一问题铺平了道路。”

植物有非凡的能力来调整它们的生命周期以适应一系列的环境条件。例如，尽管天气和温度每天都在变化，但种子的释放仍然与季节条件一致。

约翰·因尼斯中心的植物遗传学家拉斯·斯特加德说，种子传播也是植物的一个关键特征，人们在种植粮食作物时必须控制它。“由于气候变化对作物表现的影响日益显著，我们想知道温度等环境信号如何影响种子传播。”他说。

研究人员观察了拟南芥在高温下的生长，拟南芥是十字花科植物(芥菜或卷心菜)。观察结果表明，拟南芥在高温下成熟快，种子荚开放。受到这个结果的启发，库玛、斯特加德和博士后研究员李欣然开始了一项深入的调查。

他们发现温度从22摄氏度上升到27摄氏度，增加了拟南芥植物和其他重要十字花科作物如油菜的荚果开裂和种子繁殖速度。此外，研究人员发现温度的升高主要改变了“胶囊封闭”基因的表达，从而加速了种子的传播。该基因被认为调节种子荚组织的发育，促进果实成熟。

研究人员说，根据推测，这种机制已经逐渐进化和完善，以促进种子在适当的季节传播，从而确保种子在适当的发芽条件下释放。"这可能使植物在早期发育和野生传播中具有选择性优势."李说。

这些成果不仅阐明了气候变化对植物进化的影响，而且对维持重要作物的产量具有广泛的意义。油菜籽是世界上最大的植物油来源之一。它也用于生产生物燃料和动物饲料。此外，十字花科还包括许多其他经济作物，如卷心菜、芥菜、花椰菜和萝卜。

“我们对这些发现感到兴奋，因为我们在模式植物中的发现也适用于作物和其他未经训练的十字花科植物。”库马尔说，“这突出了我们发现的普遍意义，适用于野生和驯化植物。”

基于其研究，研究小组提出了帮助农作物应对全球变暖的新策略。例如，植物育种的重点应该是培育能够抵御气候变化的品种。此外，基因编辑工具，如CRISPR/Cas系统，可以用来减少胶囊基因的表达，从而延迟种子释放和减少作物损失。

接下来，库马尔和斯特加德计划进一步研究温度引起的种子扩散变化背后的分子机制。斯特加德说:“我们希望通过了解这些细节，我们能够设计出更好的策略来提高农作物应对气候变化的能力。"

目前，全球气候变化的影响越来越严重。例如，一些研究表明，全球变暖使得许多鸟类在进化过程中体型变小。这使得科学界更加关注气候变化对鸟类健康的负面影响。然而，在瑞士达沃斯举行的世界经济论坛年会上，一些专家和决策者认为，2018年，气候变化和技术发展将是世界面临的最大风险因素。(张张)