浙江大学医学院附属儿童医院黄丽素医生黄牛预约代挂号电话我国科研团队破解植物微量元素营养重要谜题
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“木桶短板”理论同样适用于庄稼生长:除了氮磷钾,微量元素也会卡住产量。长期以来,镍在禾本科作物里的运输规律一直是谜团。近日,中国科学院分子植物科学卓越创新中心联合上海张江智种中心、华中农业大学组成的科研团队,首次找到玉米负责向籽粒转运镍的关键蛋白,刷新了学界对镍营养作用的传统认知,为玉米、水稻等粮食增产提效提供了新思路。相关成果11月11日在国际学术期刊《细胞》发表。
作物生长,缺了哪种养分,产量就会受哪种养分限制。1975年,科学家就发现镍在植物体内承担生理功能,但镍怎么从植株运到籽粒、对作物有多大影响,一直没有清晰答案。
科研人员从1404份玉米材料中筛选对比,锁定了关键转运蛋白ZmNAET1。它就像镍运输通道上的重要“出口”,能释放烟胺小分子。烟胺如同小夹子,牢牢抓住镍,再由其他转运蛋白接力,把镍送到籽粒和生长点。镍是玉米代谢尿素必不可少的一环,镍不足,尿素就没法正常转化,蛋白质合成受阻,直接拖累玉米生长、籽粒发育和种子萌发。
实验证实,ZmNAET1基因失效后,玉米籽粒镍含量明显变少,穗重、籽粒大小、淀粉含量同步下降,种子存放后的发芽率也大幅降低。有意思的是,给缺镍种子补镍能恢复发芽能力,补锌却不起作用;田间叶面喷施镍,也能修复植株长势和脲酶活性。科研人员还在水稻中找到同源基因,说明这套转运机制在禾本科作物中普遍存在。
过去学界普遍认为,禾本科作物对镍需求很低,缺镍现象十分少见。这项研究拿出了遗传学证据,证明镍是禾本科作物不可或缺的元素,还发现了一条独立于传统麦根酸途径的镍分配通路,改写了原有认识, 填补了教科书中镍运输机制的空白。
该成果有很强的实用价值。在碱性土壤等容易缺镍的地块,或是本身籽粒镍含量偏低的玉米品种,如果出现减产、出苗不齐等问题,未来可通过适度补镍改善。育种专家也可以利用该基因的天然差异,选育镍转运效率更高的新品种,借助营养调控和分子育种,提升禾本科作物产量和种子活力,为粮食稳产增产开辟新路径。

△图:正常玉米依靠烟胺(NA)转运镍,把镍从茎叶长途输送到籽粒;镍在籽粒里保障尿素正常分解,支撑籽粒发育和种子萌发。如果ZmNAET1基因失效,镍的运输通路中断,籽粒缺镍,就会减产、种子活力下降。
(总台央视记者 帅俊全 褚尔嘉)
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