你可不可以去想象一下, 作物的产量也是存在有木桶短板的情况的, 大家其实都是知道了的, 一只木桶到底能够去盛放多少的水, 其实是取决于最短的那一块木板的, 作物它究竟能够长得好不好, 可能就会受到那种最缺乏的养分的制约。
就在最近, 中国科学院分子植物科学卓越创新中心以及上海张江智种中心的晁代印研究团队, 联合了华中农业大学的严建兵教授团队, 把控制禾本科作物籽粒里头镍积累的关键转运蛋白ZmNAET1首次给鉴定出来了, 这个成果彻底揭开了关于玉米中镍到底怎么运输这个长期以来的谜团, 同时还展现出了镍这个东西对作物产量以及种子萌发有着多么重要的影响。
相关的成果在今天（11日）, 也就是北京时间的时间点上, 已经直接发布在了那些处于国际尖端地位的科学学术期刊之一的《细胞》这个刊物里面了。
NA介导镍源库长距离运输调控玉米产量与种子活力模式图
1840年, 植物营养学奠基人李比希提出了作物产量的最小养分律, 这个定律的意思是说, 作物生长取决于供给最不足的那种养分。晁代印研究员指出, 作物产量不仅由氮, 磷, 钾等大量元素决定, 微量元素也可能成为限制产量的短板。
在1975年, 研究人员发现镍这种东西, 对植物来说是有生理功能存在的, 虽然是这样, 可是关于它到底是怎么在植物流动的运输机制, 还有它会对作物产生什么样的影响, 这些内容到现在为止, 仍然是在植物微量元素营养研究这块领域里面, 被当成是谜团存在着的。
研究团队注意到, 玉米需要依赖一套精巧的运输系统, 才能把镍从茎节输送到籽粒和生长点里面。ZmNAET1就像这套运输系统中的关键出口, 它的任务是负责把植物体内存在的一种叫做烟胺的小分子物质送到细胞外部去。
随后, 烟胺会像一个小夹子一样紧紧抓住镍元素, 再通过后续存在的运输蛋白, 把镍元素一路送进通往籽粒的那条管道里。在生长点和籽粒的内部, 镍元素成为了作物用来利用尿素所必需的关键零件。
因为镍的供给量不足, 所以尿素没法进行正常的代谢转换, 这样一来, 紧接着就要去形成的氨基酸和蛋白质的工作就会受到干扰和妨碍, 最终会波及到玉米的正常生长状态以及种子启动萌发的那个过程。
研究团队从1404份玉米材料入手, 比较不同玉米的基因差异和籽粒镍含量, 找到了这个关键基因。当这个基因功能受损时, 玉米籽粒镍含量会大幅下降, 穗重、籽粒大小、淀粉含量和储藏后发芽率也随之下降。
储藏一段时间后, 突变体种子发芽率明显降低, 补充镍可以恢复发芽, 补锌则无效。如果在田间通过叶面喷施的方式施加镍元素, 那么, 那些由于相关基因的功能出现损伤而导致株高变矮以及脲酶活性下降的状况, 也是有机会得到恢复的。
这里有一件值得被拿出来特别地提一提的事情, 研究团队他们还在水稻的里面找到了两个和它相同的基因, 这表明了这一种的机制在玉米还有水稻这一类属于禾本科的作物当中是具有了普遍的意义。
这也意味着, 对于那一些籽粒里面含镍比较低的玉米种类, 或者是在像碱性土壤这一类经常会出现缺镍情况的环境里栽种的玉米, 如果在生产过程中出现了产量变小、种子发芽的速度很慢以及出土不均匀这些状况, 那么是有可能通过给地里补充镍这个元素的方法来解决难题的。
在进行农作物育种工作的时候, 也可以利用到这种基因天然存在的不同之处, 去挑选那些能够把在体内运输镍的效率变得更高的材料品种。”。
晁代印研究团队
新民晚报记者了解到, 很长时间以来, 学术界普遍持有的看法是禾本科植物对镍的需求量很低, 并且出现镍缺乏的情况非常少见。这项研究在以往的基础上迈出了一步, 首次拿出的遗传学证据证明了镍确实是一种不可或缺的必需元素。
研究人员成功识别出了那些负责在禾本科植物体内控制镍进行长距离运输的基因。这项成果阐明了一种新的功能机制, 指出NA的作用方式是独立于已知的麦根酸途径的, 它介导了镍向库器官的分配过程。
正是因为发现了这些新情况, 所以那种“禾本科植物镍需求低、镍缺乏罕见”的传统认识, 现在不得不做出改变了, 需要更新原有的认知。这件事儿它把那个教科书里头关于镍运输机制这块空白给填上了, 同时呢, 它也给人家开辟了新的方向, 就是通过营养调控还有分子育种这些办法来提升禾本科作物产量和种子活力。
