濕地植物水下“呼吸”機制成抗逆作物培育關鍵，未來或可直面洪水、干旱氣候侵襲

近日，來自日本名古屋大學的一個研究團隊發現，濕地植物對洪水具有很高的耐受性。原因在于這類水生植物通常會在根莖內形成溶生性通氣組織，即使處于水下環境，依舊能夠提供穩定運輸氧氣和其他營養物質的通道。此外，這些通道還有助于植物抵御干旱。

因此，研究團隊對該通氣組織形成的潛在機制進行了研究，以更好地了解這種現象，從而為開發能夠抵御極端天氣變化的作物開辟路徑。

相關研究成果發表在《植物科學趨勢》期刊上，論文以《非生物脅迫下溶源性通氣組織的形成機制》為題，名古屋大學生物農業科學研究科教授中園干雄和該校生物科學與生物技術中心副教授山內貴樹為共同通訊作者。

據了解，除了水稻等少數作物外，世界上大多數主要農作物在土壤過度濕潤或者干燥時，都會由于根部缺氧而導致生長不良，從而出現產量下降的情況。這也是洪水和干旱會造成作物歉收的主要環境災害原因所在，而通氣組織的形成則可以幫助作物應對這些環境壓力。

通氣組織是“是植物薄壁組織內一些氣室或空腔的集合”，主要有裂生性和溶生性兩種形式。此次該團隊研究的是溶生性通氣組織，其在水生植物中較為常見，具有提供根系“呼吸”所需氧氣、調節根際氧化勢、排泄廢氣等功能。

《綠色星球》水生世界劇情圖片

在某種程度上，我們可以將溶血性通氣組織想象成用于水下呼吸的通氣管。

例如，在洪水期間，植物被浸淹的根部會與氧氣隔絕。為了維持生存，這時某些水生植物便會創造空氣通道，將植物的淹沒區域與水面以上的部分連接起來。與呼吸管類似，這些路徑通過將氣體輸送到淹沒的根部來幫助植物“呼吸”。

然而，當前的主要問題在于，通氣組織在小麥和玉米等非濕地物種中并不常見，而且通氣組織的形成機制仍舊是個未解之謎。

“如果我們能夠從基因上控制所有重要農作物（如玉米、小麥和大豆）根部溶源性通氣組織形成的時間和數量，那么全球作物在面對極端環境時的產量損失可能會大大減少。”中園干雄表示。

為解決這個問題，其團隊對相關主題的文獻進行了調查。最終，他們發現在正常根系生長過程中形成通氣組織需要一種名為“生長素”的植物激素，并確定了極端環境下誘導通氣組織形成的兩個重要因素。

其中，低濃度的氮和磷作為植物生長所需的必需營養素，被發現會增加乙烯敏感性，進而刺激通氣組織的形成。

山內貴樹推測道，“在沒有限制氣體擴散的情況下，乙烯敏感性的增加可能是刺激通氣組織形成的有效策略。”此外，乙烯也是引發玉米通氣組織的常見因素。

雖然通氣組織形成背后的機制仍不確定，但此項研究開辟了提高作物恢復力的可能性，并為氣候變化后更好的糧食安全鋪平了道路。

而從水下“呼吸”植物成為培育抗逆作物關鍵這項研究中，我們也可得到一個啟發，那就是神秘的植物世界還有太多的可能性值得我們前去挖掘。

前不久，英國廣播公司名叫了一部名叫《綠色星球》的紀錄片，為人類揭示了一個前所未見的植物世界，也使我們對植物在激烈的生命競賽中所進化出的生存策略有了更深刻的認知。

負責為該紀錄片解說的英國廣播員、自然歷史學家大衛·愛登堡表示：“植物是人類最重要的盟友，我們的一呼一吸都依賴于植物，然而植物對人類而言，只是靜止的旁觀者，對于人類的所作所為沒有反應，沒有怨恨，只會默默死去，而這都是因為我們對植物的關注和了解不夠。”

毋庸置疑的是，作為同一個星球生物圈里的重要成員，人類與植物的命運休戚與共。然而我們真的了解植物嗎？植物的未來又是什么？

或許，我們最需要做的是放下地球主宰者的莫須有身份，以平等心走進植物的世界。對于未來生態界而言，可能這才是一個最好的“開端”。（綜合整理報道）（編輯/小文）