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专家们揭示了植物如何为每个细胞提供稳定的空气流

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2019-09-20浏览次数:1522

科学家们已经发现植物如何建立空气 - 通道网络 - 叶子的肺 - 将二氧化碳(CO 2)输送到细胞。

自19世纪以来,植物学家已经知道叶子有毛孔 - 称为气孔 - 并且包含复杂的内部空气通道网络。但到目前为止,还无法理解这些通道是如何在正确的位置形成的,以便为每个植物细胞提供恒定的CO来源。

由谢菲尔德大学可持续食品研究所的科学家领导并在Nature Communications上发表的这项新研究利用遗传操作技术揭示了叶片中的毛孔越多,它形成的空气越多。这些通道就像细支气管一样 - 微小的通道将空气输送到人类和动物肺部的交换表面。

他们与诺丁汉大学和兰卡斯特大学的同事们合作,表明CO通过毛孔的运动最有可能决定空气通道网络的形状和尺寸。

这一发现标志着我们对叶片内部结构的理解以及组织功能如何影响其发育的重要一步 - 在可能对植物生物学产生影响的进化生物学领域。

该研究还表明,小麦植物已经繁殖了几代,毛孔较少,空气通道较少,这使得它们的叶子更密集,可以用更少的水生长。

这一新见解突出了科学家通过改变叶子内部结构使小麦等节水作物更加节水的潜力。这种方法是由可持续食品研究所的其他科学家发起的,他们开发了可在极端干旱条件下生存的气候准备的水稻和小麦。

谢菲尔德大学可持续食品研究所的安德鲁弗莱明教授说:“到目前为止,植物形成错综复杂的空气通道的方式对于植物科学家来说仍然是令人惊讶的神秘。

“这一重大发现表明,通过树叶的空气运动形成了它们的内部运作 - 这对我们对植物进化的看法产生了影响。

“人类无意中影响了植物使用较少的水来影响植物呼吸的事实,这表明我们可以利用这些空气通道网络来开发能够在气候破裂时预期的极端干旱中生存的作物。”/p>

兰卡斯特大学Leverhulme早期职业研究员Marjorie Lundgren博士说:“科学家长期以来一直怀疑气孔的发育和叶片内空气的发展是协调的。但是,我们不确定哪一个驱动另一个。那么从“先到先得,鸡肉还是鸡蛋?”开始问题

“通过一系列涉及X射线CT图像分析的巧妙实验,我们的协作团队使用具有非常不同叶子结构的物种来回答这些问题。虽然我们已经证明气孔的发展促进了空气空间的扩大,但我们已经取得了更多进展。其中的一个步骤表明,孔实际上需要交换气体以使空气空间膨胀。这描绘了一个与生理学相关的更有趣的故事。“

X射线成像在诺丁汉大学的Hounsfield工厂进行。该设施主任Sacha Mooney教授说:“直到最近,X射线CT或CAT扫描在植物科学中的应用一直集中在可视化隐藏的一半植物 - 根部 - 因为它们在土壤中生长。” p>

“与我们在谢菲尔德的合作伙伴合作,我们现在开发了一种技术,以3D形式显示植物叶片的细胞结构 - 让我们看看叶子内复杂的空域网络如何控制其行为。这非常激动。“

谢菲尔德大学可持续食品研究所汇集了多学科专业知识和世界一流的研究设施,以帮助实现粮食安全并保护我们赖以生存的自然资源。