众所周知,植物会通过光合作用在叶片中产生糖类,但这些糖类是如何运输到机体其他部位(如花、根、果实等)的却一直没有得到实验证实。美国科学家的一项最新研究,终于验证了长期以来关于植物糖运输的理论猜测。这一成果不但有助于加深人们对植物基本生理过程的理解,还有望让科学家在将来通过基因工程方法增加植物光合作用率,增加二氧化碳吸收。相关论文发表在近日的美国《国家科学院院刊》(PNAS)上。
正常的野生紫色毛蕊(A)和实验用的改造品种(B)。
叶片的泛黄说明了植物无力将糖类输送到叶片之外。
(图片提供:Ashlee McCaskill)
1991年,美国康奈尔大学的植物生物学教授Robert Turgeon提出了植物糖运输的“聚合物陷阱模型”。该理论认为,植物光合作用产生的蔗糖会逐渐扩散到植物的管状传输组织——韧皮部,并和其他营养物质一道,输送到机体的各个部分。而在韧皮部时,这些较小的糖分子会聚合形成更大、更复杂的糖结构,由于尺寸的原因,它们便再无法流回到叶子中去。
为了检验上述理论,在最新的研究中,Turgeon及其实验室的Ashlee McCaskill利用基因工程手段,改造了一种名为紫色毛蕊(Verbascum phoeneceum L.,与元参科家族十分接近)的植物,从而使与蔗糖聚合成较大分子相关的两个基因沉默。结果发现,紫色毛蕊中的糖类会重新回到叶子中来。
在正常植物中,一旦糖类在叶中累积,光合作用的速度就会变慢,植物也就不再“卖力”地从空气中吸收二氧化碳。反之,如果能够将糖类有效地从植物的叶中转移出去,比如提高植物韧皮部的装载率,那么光合作用的速率和二氧化碳吸收都会增加。
不过,McCaskill表示,“这一想法目前还处于理论阶段”。2006年《科学》杂志上的一篇论文表明,当大气中二氧化碳浓度增加时,由于一系列反馈回路的限制和约束,植物并不会摄入过量的二氧化碳,而“韧皮部装载就是制约植物吸收二氧化碳峰值能力的反馈之一”。
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