科学家揭示谷类作物耐旱的奥秘

新华社华盛顿4月28日电(记者周舟)小麦、水稻和玉米等谷类作物通常比其他许多植物更抗旱。德国科学家最近发现了原因。相关知识有望用于培育抗旱性更强的作物。

植物的叶和茎上的气孔是空气和水蒸气的通道。二氧化碳可以通过气孔进入植物，完成光合作用。多余的水可以通过气孔排出，它们的通过量由保卫细胞的开闭来调节。在其它植物的气孔周围通常只有一对保卫细胞，而在谷物叶片气孔周围的哑铃形保卫细胞外有一对次级保卫细胞。

德国维尔茨堡大学的研究人员在最新一期《美国当代生物学杂志》上介绍说，他们在显微镜下观察了大麦，发现当气孔关闭时，两个次级保卫细胞会吸收并储存保卫细胞中的钾离子和氯化物，当气孔打开时，这些钾离子和氯化物会被输送回保卫细胞。次级保卫细胞相当于钾离子和氯化物的动态储存库，使保卫细胞能够更快更有效地调节气孔的开放，从而减少水的浪费。

此外，还有另一种机制可以让谷物更好地应对干旱等极端环境。正常情况下，植物在缺水时会产生一种叫做脱落酸的激素，这种激素会导致气孔迅速关闭以防止枯萎。德国研究人员发现，谷类如大麦的保卫细胞中的慢阴离子通道蛋白(SLAC 1号)具有两种不同于其他植物的类似蛋白的氨基酸，这使得谷类的慢阴离子通道蛋白也能充当“硝酸盐受体”，并且通过测量硝酸盐含量可以获得光合作用效率。换句话说，谷物可以通过脱落酸和硝酸盐含量来全面感知自身的缺水程度和光合作用效率，从而避免“口渴”或“饥饿”。

研究人员表示，他们计划将谷物的“硝酸盐受体”转移到模式植物拟南芥，以探索其他草本植物是否能从这一机制中受益。如果效果好，这种方法也可以被认为是使作物如土豆、西红柿和油菜对不利环境如干旱更有抵抗力。