《酵母有助于植物应对土壤污染》

  • 来源专题:农业科技前沿与政策咨询快报
  • 编译者: 李然嫣
  • 发布时间:2017-11-28
  • 近日,葡萄牙古尔班基安科学研究所(InstitutoGulbenkian de Ciencia,IGC)的保拉·杜克(Paula Duque)带领的研究团队发现,面包师所使用的酵母中存在两种基因,这两种基因能够增强植物对一系列有毒物质的抵抗力,使其在受污染的土壤中正常生长,此项研究成果刊登在《科学报告》(Scientific Reports)中。

    工业生产释放到环境中的重金属和有机污染物,以及农业中普遍滥用的除草剂和杀虫剂,都对土壤质量产生了不良影响。由于这种毒性会极大损害作物的生长和发育,所以大部分植物品种包括作物都不能适应土壤污染物的毒性,仅有一小部分作物品种能去除土壤污染物并正常生长。保拉·杜克表示,“目前土壤净化的途径成本很高,且效率较低。科学界一直在寻找替代办法以提高植物对有毒化合物的适应性,而可行方案将可能是利用一种用于烘焙、酿造和酿酒的酵母。”

    众所周知,酿酒酵母能够抵御除草剂和其他化学成分。来自里斯本大学高级技术学院(Instituto Superior Tecnico,IST)的伊莎贝尔·萨克雷亚(Isabel Sa-Correia)研究团队识别出了酿酒酵母中起到上述效用的两种酵母基因。杜克的研究团队在拟南芥上对这两种基因的多药耐药性能进行分析。拟南芥是一种用于模拟生物体的小型开花植物,以此来研究其他植物共同的生物过程。将两种酵母基因中的一个插入拟南芥后,与未插入酵母的拟南芥进行对比,结果表明:插入酵母基因后的植物对除草剂、杀真菌剂和重金属的抵抗力有所增强。在受污染土壤中,带有酵母基因的植物明显比野生型植物生长得更好。

    保拉·杜克解释到:“这两种酵母基因能够产生一种蛋白质,这种蛋白质可以从细胞中排除分子,所以我们猜想它们在植物中也可以发挥同样的作用,即去除有毒分子,保证植物的正常生长。”IGC的研究人员补充到:“要想将这些结论应用到作物中,仍需对拟南芥以及其他植物品种做进一步实验,研究加强植物抵抗性的原理。但仅就目前从制作面包、啤酒的酵母基因中得出的结论而言,已经为解决环境难题带来了巨大希望。”

    (编译 李然嫣)

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  • 《保护植物免受土壤中有害金属侵害的关键基因》

    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2024-10-28
    •     索尔克大学的科学家们发现了一种植物用来控制土壤中锌的有毒水平的新机制,这种机制依靠一种叫做TBR的基因来增强植物细胞壁吸收和保持多余锌的能力。这些发现将有助于设计能够适应气候变化和人类驱动的土壤中重金属过剩的作物,以及创造含有重要微量元素的更有营养的作物,以养活不断增长的全球人口。     人类活动对地球的负面影响不仅影响地球的大气,还会深入到土壤中。例如,过度施用粪肥或污水污泥会增加种植重要作物的农田中的重金属浓度。其中一种重金属是锌,这是植物和动物健康所必需的微量营养素。然而,过量的锌会对敏感的植物物种造成极大的伤害。有些植物天生对锌有更高的耐受性,这使它们能够在有毒的环境中茁壮成长,但这背后的生物学原理此前并不清楚。在一项新的研究中,索尔克研究所的科学家们发现了一种帮助植物管理土壤中过量锌的基因。       研究结果发表在2024年7月11日的《自然通讯》上,揭示了植物通过将锌捕获在根细胞壁中来耐受高水平的锌,这一过程是由一种名为毛状体双折射(TBR)的基因促进的。科学家和农民现在可以利用这些信息来开发和种植对土壤污染更有抵抗力的作物。提高植物的恢复力是索尔克植物利用计划的一个主要目标。“细胞壁的结构就像一个支架,可以从植物的其他部分储存锌,如果TBR基因是活跃的,植物可以储存更多的锌,”资深作者沃尔夫冈·布施解释说,他是利用植物倡议的执行董事,也是索尔克植物科学的赫斯主席。“这个简单过程的有趣之处在于,对于暴露在有毒环境中的植物来说,它可能是生与死的区别。”细胞壁储存锌的能力很大程度上依赖于一种叫做果胶甲基化的过程——这一过程改变了细胞壁内海绵状果胶分子的结构,使它们能够吸收更多的锌。为了更好地理解这一点,研究人员进行了一项全基因组关联研究,以确定与果胶甲基化增加相关的植物基因。     “我们发现TBR等位基因变异会影响果胶甲基化的变化,并有助于确定植物耐受高锌水平的能力,”第一作者、布希实验室前访问研究生钟开珍说。“了解这一点非常重要,因为我们现在可以在其他植物中引入或激活这种基因,从而创造出更能适应环境变化的作物。”这些最初的实验是在拟南芥(Arabidopsis thaliana)上进行的,拟南芥是一种小型开花植物,科学家将其作为研究植物生物学的模式生物。研究人员的下一步是看看这个基因是否在其他植物中也有类似的作用,包括重要的作物物种。     为了做到这一点,科学家们把稻谷(Oryza sativa)——一种常见的水稻品种和数十亿人的主要作物——放在锌含量有毒的土壤中。他们专门比较了两种版本的水稻——一种有功能的TBR基因,另一种没有——并监测了它们的根系生长情况,作为锌耐受性的衡量标准。具有功能性TBR的水稻成功繁殖,证实了这种锌毒性的生存机制在多个植物物种中是保守的。同样的试验也对豆科植物荷花进行了试验,得出了同样的结果。“令人兴奋的是,我们的数据表明,这种现象在所有开花植物中都是保守的,它们构成了绝大多数植物物种和粮食作物,”Busch说。“这一发现可以用于提高植物对有毒锌水平的适应能力,并有助于支持我们未来的食物供应。”     到2080年,世界人口预计将激增至110亿,而土壤中的锌毒性日益普遍,因此必须在开发能够承受这些条件的作物方面取得进展。这项研究是实现这一目标的重要一步。
  • 《污染土壤中的植物生长更容易受到纳米粒子伤害》

    • 来源专题:农业立体污染防治
    • 编译者:金慧敏
    • 发布时间:2016-07-27
    • 发表于《纳米影响》上的关于农业污染土壤氧化铈纳米颗粒的第一个安全性多代研究,如果他们的父母生长污染土壤上,下一代植物更容易受到有毒颗粒伤害。研究结果强调了改善和增加研究纳米材料对植物影响的重要性。该研究是开创性的,它显著扩展了研究植物纳米粒子相互作用的视野,并比许数短期研究文献多提供了一个重要的新视角去研究纳米粒子对农业作物的影响。 另一篇《纳米影响》论文中,科学家们警告说,我们使用纳米技术的相关农业风险知识是不够的。他们说,是时候重新考虑我们调查纳米材料对植物特别是对粮食作物带来风险的途径。 已经有一兆美元的产业,纳米技术仍在迅速增长。它是基于工程的微小颗粒,相当于1米的10亿分之一的规模,用于从防晒霜到电池等各种各样的技术应用。 纳米粒子在成千上万的商业产品中使用,因此,不可能阻止他们在环境中积累。然而,与许多其他材料不同,他们可能是非常活跃的,被认为对人和环境有独特的健康和安全的影响。 工程纳米粒子的一个重要的最终目的地是农业土壤。纳米粒子通过灌溉进入土壤和通过污水处理厂的用作肥料。正因为如此,农作物可以暴露他们生长的环境中的纳米颗粒的高度水平。 更甚的是,纳米技术可能会以改变农业的方式,正如他以同样方式改变了医学和通信,因此研究人员需要了解它所带来的影响-不仅对正在生长的植物,而且对未来的几代作物。 美国康涅狄格农业试验站Jason C. White博士呼吁更多科学家需要探索纳米颗粒对植物生长的影响,可以扩大我们的农业工具箱,满足不断变化的气候下日益增长全球人口的需求。需要更多的研究来观察纳米颗粒对几代植物的影响。这是Samuel Ma博士和他在美国德克萨斯农机大学、南伊利诺伊大学卡本代尔和康涅狄格农业试验站同事们的研究焦点。 马博士和研究小组研究了氧化铈纳米颗粒对三代植物的植物健康和产量影响,这是第一次这样做了全面的研究。他们在铈氧化物的污染土壤中种植了三代的植物“芜菁”,芜菁是一种与萝卜、油菜和白菜相关的植物。他们研究了纳米粒子对植物生长和繁殖的影响。 研究结果表明,暴露降低了种子的质量,并影响了植物下一代,产量降低。在相同的生长条件下,后代也表现出比他们的母本更多的压力的迹象。