乙烯刺激造就超級(jí)秧苗

與其他生物一樣，植物也會(huì)承受壓力。諸如高溫和干旱之類的情況會(huì)對(duì)植物造成壓力。當(dāng)面臨壓力時(shí)，植物的個(gè)頭可能會(huì)減小，或者“生產(chǎn)力”降低。為了解決農(nóng)作物承壓的問(wèn)題，科學(xué)家一直在嘗試通過(guò)基因修飾讓農(nóng)作物變得更堅(jiān)韌。

一個(gè)兩難問(wèn)題

然而，通過(guò)基因修飾而產(chǎn)量變得更高的農(nóng)作物，承壓能力卻下降了，原因是：它們把更多能量投入生長(zhǎng)，用來(lái)抵御壓力的能量自然就減少了。與此相似，提高農(nóng)作物的承壓能力會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量降低，這是因?yàn)檗r(nóng)作物用于抵御壓力的能量增多，用于生長(zhǎng)的能量就減少了。這樣一來(lái)，有效提高農(nóng)作物產(chǎn)量其實(shí)并不容易。

植物不能移動(dòng)，因此無(wú)法避開(kāi)像高溫和干旱這樣的壓力條件。植物從環(huán)境中接收光線和溫度等信號(hào)，以此調(diào)節(jié)自己的生長(zhǎng)、發(fā)育和承壓能力。作為這種調(diào)節(jié)的一部分，植物會(huì)產(chǎn)生多種激素來(lái)讓自己適應(yīng)環(huán)境。

一個(gè)暗室實(shí)驗(yàn)

100多年前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)乙烯是一種氣態(tài)的植物激素。從那以后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)他們所研究的所有陸地植物都會(huì)產(chǎn)生乙烯。除了控制生長(zhǎng)和應(yīng)對(duì)壓力，乙烯也參與葉片在秋天變色和刺激果實(shí)成熟等其他過(guò)程。

一個(gè)科學(xué)團(tuán)隊(duì)致力于探索植物及細(xì)菌怎樣感知乙烯，以及乙烯怎樣與其他激素共同作用來(lái)調(diào)節(jié)植物發(fā)育。該團(tuán)隊(duì)最近進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察種子在暗室里（因?yàn)榉N子通常都在地下）發(fā)芽的情況。在有利的條件下，種子會(huì)從蟄伏狀態(tài)變成幼苗。種子發(fā)芽是植物生命中的一個(gè)重要階段。

在該實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家將某種植物的種子分成兩組，其中一組多日暴露在乙烯中，另一組不做任何處理。隨后，他們把兩組幼苗放在陽(yáng)光下，讓它們長(zhǎng)到成熟，并獲取兩組的種子做進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)。

一個(gè)意外的發(fā)現(xiàn)

數(shù)日后，科學(xué)家意外地發(fā)現(xiàn)，乙烯暴露組的秧苗比那些未曾暴露在乙烯中的種子萌發(fā)的秧苗大得多。不僅如此，這些秧苗的根系也更發(fā)達(dá)、更復(fù)雜。后續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)，這些植物在整個(gè)生命期中都長(zhǎng)得更快。

那么，這是否僅僅是個(gè)例？為尋找答案，科學(xué)家又測(cè)試了短期乙烯接觸對(duì)番茄、黃瓜和小麥等多種農(nóng)作物種子發(fā)芽的影響，結(jié)果都一樣。

這項(xiàng)研究的結(jié)果之所以讓人驚喜，還在于短期的乙烯接觸讓農(nóng)作物抵御高鹽度、高溫和低氧等壓力條件的能力也增強(qiáng)了。

短期刺激對(duì)生長(zhǎng)和壓力耐受的長(zhǎng)期性影響，經(jīng)常被稱為“激發(fā)效應(yīng)”。為觀察在植物的不同年齡和階段對(duì)植物進(jìn)行激發(fā)（刺激）的結(jié)果，科學(xué)家進(jìn)行了多項(xiàng)研究。其中，用多種化合物和壓力條件對(duì)種子進(jìn)行激發(fā)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行得最多，原因是：不僅這類實(shí)驗(yàn)更容易進(jìn)行，而且實(shí)驗(yàn)成功后，其結(jié)果可被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。

一種可能的解釋

在上述最新的乙烯刺激實(shí)驗(yàn)后，該團(tuán)隊(duì)一直試圖查明乙烯刺激對(duì)植物個(gè)頭和承壓能力產(chǎn)生影響的內(nèi)在機(jī)制。雖然尚未查明，但他們提出了一些可能的解釋。

一種解釋是， 乙烯刺激會(huì)促進(jìn)植物的光合作用，即植物利用光能來(lái)生產(chǎn)有機(jī)物的過(guò)程。光合作用的一部分是碳固定，即植物從大氣中吸收二氧化碳，并且把二氧化碳分子作為構(gòu)建單元來(lái)生產(chǎn)有機(jī)物。該團(tuán)隊(duì)的研究表明，乙烯刺激會(huì)導(dǎo)致碳固定大大增加，這說(shuō)明植物從大氣中吸收的二氧化碳大大增加了。

在光合作用大大增強(qiáng)的同時(shí)，植物全身的碳水化合物水平也大大提高，其中包括淀粉，而淀粉是植物的能量存儲(chǔ)單元。淀粉分子越多，植物生長(zhǎng)越好，承壓能力也越強(qiáng)。

這項(xiàng)新研究證明，種子在發(fā)芽期間的環(huán)境條件會(huì)對(duì)植物有深遠(yuǎn)的影響，其中包括在增大植物個(gè)頭的同時(shí)增強(qiáng)植物的抗壓能力。探明這種影響的背后機(jī)制很重要，因?yàn)橛纱司涂赡芡瑫r(shí)提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和承壓能力，而這對(duì)解決世界糧食危機(jī)意義重大。