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[兰州大学报]学术看台之一——沙漠胡杨生存解密

日期: 2013-12-06 点击: ...
   

开栏的话:

  为进一步展示我校师生在教学科研、学习生活等方面的优秀成绩与良好风貌,党委宣传部将依托《兰州大学报》和学通社在校园网开设“科研体验”、“精彩一课”、“聆听大学”、“学术看台”、“校园人生”、“青春创业”等六个新闻专题。本期推出的“学术看台”,用新闻视角呈现最新科学发现、科研成果等,将科学研究通过通俗易懂的方式介绍普及。期待您为我们提供更多的线索,请联系xbb@lzu.edu.cn

  (兰州大学报记者 吴振荣  学通社记者 柯溢能)罗布泊干旱的沙漠里长出牧草,重现“风吹草低见牛羊”;民勤一毛不拔的盐碱地里种植小麦和牧草,这些美好图景似乎不再是天方夜谭。

  在“973”等项目的资助下,兰州大学生命科学学院/草地农业生态系统国家重点实验室主导(第一作者和第一通讯联系人)的研究小组最近在国际著名综合杂志Nature Communications上发表了关于胡杨抗逆机制的最新成果。该项研究结果获得的基因资源已经在西部杨树和本地牧草的栽培中得到应用。根据这一研究,通过对植物抗逆关键基因的筛选和分子设计,将来有可能培育出适应西北盐碱与荒漠土地种植的牧草、作物和树木新品种。

  胡杨“生而千年不死,死而千年不倒,倒而千年不朽”,是生长在荒漠沙地中的珍奇乔木树种,它耐寒、耐热、耐盐碱、抗风沙,被誉为“沙漠之魂”。作为沙漠中唯一成林的珍奇树种,胡杨可将它的根系深扎至20米以下的盐碱地层中吸取并贮存水分,顽强不屈、傲岸屹立在广袤无垠的大漠中。

  人到了海里如若没有淡水的补给,常常会面临周边全是海水却依然渴死的悲剧。生活里我们吃多了太咸的食物常常觉得“齁得慌”,口干舌燥。这都是因为盐分进入人体细胞,高渗性脱水导致“口渴”。荒漠地区降水量小,蒸发量大,导致溶解在水中的盐分容易在土壤中积聚,类似海水一样限制了植物的正常生存,然而胡杨依靠其强大的离子转运功能,将体内多余的盐分排出,在生命望而却步的沙漠中存活下来。据悉,胡杨在高盐胁迫下能够保持较快的生长速率和光合效率,其抗盐浓度高达450mM。

  植物适应高盐环境的能力主要来源于负责离子转运基因的特异性表达,这些基因像“搬运工”一样,将细胞中的钠离子抽出,同时将游离的钾离子搬入细胞内以补充细胞内离子浓度,也同时保证水分平衡,从而让植物不至于因为“盐多水少”而“渴死了”。研究者们发现,胡杨内负责离子转运的10类关键基因中要么增加了基因数量,要么基因发生了快速适应性突变或上调了表达量;前者类似给“搬运工”多找了几个帮手,正所谓一个好汉三个帮,人多力量大;而后两类变化类似增加了“搬运工”的力气;这些变化一起促进了胡杨“排钠保钾”的顺利进行,赋予胡杨惊人的抗盐能力,将沙漠中的地下盐水汲进主干,然后将水分中的盐碱通过枝干排出体外,排出的盐碱有时犹如眼泪一般,形成“胡杨泪”。

  胡杨“千年不倒、千年不朽”的美誉可能是源于其较高的木材硬度。虽然胡杨木材的硬度没有铁木以及其它可用于制作“枪托”和“大船”的木材硬,却比它的近亲-其它杨树确实高多了。木材主要是由一种死去的叫做“木纤维”的细胞组成的。“木纤维”的细胞壁以及细胞壁上沉淀的木质素,在一定程度上决定了木材的硬度。木纤维细胞壁构成类似人类房屋的框架,而木质素好比房屋框架上增加的水泥,对房屋起到加固作用。胡杨的细胞壁较毛白杨、新疆杨等普通杨树,要厚1/3左右,而木质素含量要高8.2%-31.3%;因此,胡杨的木材较硬,也更能耐水抗腐。研究者们对胡杨基因组成和基因表达的解读也发现,负责胡杨细胞壁构建的几类基因,数量上明显增加了,部分基因的表达量增加了,说明胡杨“不倒、不朽”是有其遗传基础的。

  胡杨,神奇的胡杨!它带给的不只是沙漠拓荒者的阴凉,随着对它抗逆机制的进一部解读和利用,还会带给我们更多的惊喜!

(照片由刘建全教授提供)

  (《兰州大学报》第845期 一版)

文:
图:
编辑:法伊莎
来源: 兰州大学报
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