據物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，全球12位著(zhù)名的植物生物學(xué)家在5月2日出版的《自然》雜志上指出，他們最近發(fā)現了植物轉運蛋白的重要屬性，轉運蛋白不僅會(huì )穿過(guò)農作物的生物膜來(lái)對抗有毒的金屬和昆蟲(chóng)，也能提高農作物的抗鹽性和耐旱性、控制水分流失并存儲糖分，最新發(fā)現將對全球農業(yè)產(chǎn)生深遠影響，有助于滿(mǎn)足不斷增加的全球人口對食物和能源的渴求。

　　農業(yè)發(fā)展亟須新思路

　　該研究的領(lǐng)導者、美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的生物教授朱利安·施羅德說(shuō)：“全球目前70億人中有10億人營(yíng)養不良，缺乏充足的蛋白質(zhì)和碳水化合物；還有10億人營(yíng)養失調，缺乏鐵、鋅和維生素A等微量營(yíng)養素。這些飲食缺陷不僅導致人們容易感染并罹患疾病，而且也增加了罹患精神疾病的風(fēng)險。2050年，全球人口可能高達90億。人口激增、城市化水平不斷提升、發(fā)展中國家對蛋白質(zhì)的需求不斷增加、氣候變暖的風(fēng)險不斷加劇等諸多因素交織在一起，將給農業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)沉重的壓力。”

　　參與最新研究的其他科學(xué)家們補充道：“僅僅通過(guò)增加無(wú)機化肥的使用和水供應或在農業(yè)領(lǐng)域采用有機耕作系統無(wú)法同時(shí)有效地完成提高農業(yè)產(chǎn)量和實(shí)現環(huán)境可持續發(fā)展這兩大重要任務(wù)。要想在有限的土地資源上獲得更多糧食，應該讓創(chuàng )新性的農業(yè)實(shí)踐和對農作物的遺傳改進(jìn)雙管齊下才行。”

　　鈉轉運蛋白讓植物更耐鹽分

　　施羅德表示：“膜轉運蛋白是一種專(zhuān)用蛋白，植物用它來(lái)從土壤中吸取營(yíng)養；運送糖分并對抗食鹽和鋁等有毒物質(zhì)。”

　　在一項研究中，施羅德在植物體內發(fā)現了一種鈉轉運蛋白，這種轉運蛋白在保護植物免受鹽分脅迫方面起關(guān)鍵作用，鹽分脅迫會(huì )導致種植在灌溉土地上的農作物大幅減產(chǎn)?？茖W(xué)家們解釋道：“鹽漬土是一個(gè)主要問(wèn)題，因為一旦鈉離子進(jìn)入葉子部位，就會(huì )影響光合作用等重要的生物過(guò)程。”據報道，目前鹽分脅迫已經(jīng)影響了全球超過(guò)五分之一的農業(yè)用地，而且，隨著(zhù)氣候變化，鹽分脅迫還將對糧食生產(chǎn)產(chǎn)生越來(lái)越多的威脅，耐鹽作物將是確保糧食安全的一個(gè)重要手段。

　　澳大利亞科工組織植物產(chǎn)業(yè)部的女科學(xué)家拉娜·穆勒斯和同事現在已經(jīng)將這種鈉轉運蛋白用于育種研究中，對小麥作物進(jìn)行了遺傳學(xué)處理，讓其更耐鹽分脅迫。在標準環(huán)境下，新的耐鹽小麥品系與正常小麥品系的產(chǎn)量沒(méi)有差別，但是在鹽分脅迫環(huán)境中，耐鹽小麥則能將產(chǎn)量提高25%。

　　研究人員表示，這項研究將有助于改善全球目前僅6％的地方能種植小麥這一問(wèn)題，日后，許多高鹽地區亦能種植耐鹽小麥，可以說(shuō)是經(jīng)濟價(jià)值與研究意義兼具。

　　酸性土壤也不怕

　　而《自然》雜志這篇文章的另一聯(lián)合作者、澳大利亞的伊曼紐爾·德?tīng)柡Ｆ澓兔绹的螤柎髮W(xué)的植物生理學(xué)家利昂·科其恩的最新發(fā)現則有望讓人們在全球30%的酸性土壤中種植農作物成為可能。

　　科學(xué)家們表示：“鋁是土壤中第三大元素，當土壤呈酸性時(shí)，土壤中的鋁離子會(huì )釋放出來(lái)，導致植物中毒。一旦在土壤中溶解，鋁會(huì )破壞植物脆弱的根尖，抑制根部的生長(cháng)，破壞植物根部對水和營(yíng)養物質(zhì)的吸收。”據悉，鋁毒性是制約農作物產(chǎn)量的一個(gè)重要因素，影響了全球大約50%的耕地面積。

　　在最新研究中，科學(xué)家們厘清了轉運蛋白控制這一過(guò)程的機制，從而使植物根部能耐受有毒的鋁。他們表示，通過(guò)對農作物進(jìn)行遺傳學(xué)處理，可以去除鋁離子的毒性，這將有助于現在無(wú)法利用的或者貧瘠的酸性土壤“變身”為肥沃的農田，為人類(lèi)產(chǎn)出更多可以作為食物和生物燃料的農作物。

　　也有生物學(xué)家們發(fā)現，植物體內有些轉運蛋白能增加農作物中鐵和鋅的含量，從而讓農作物變得更有營(yíng)養。

　　更好地吸收磷酸鹽

　　同時(shí)，科學(xué)家們也發(fā)現了植物和共生的土壤真菌中存在著(zhù)一些使植物能更有效地吸取磷酸鹽和氮肥的轉運蛋白。磷酸鹽對農作物的生長(cháng)和產(chǎn)量至關(guān)重要，氮肥的制造成本非常高。

　　他們表示：“制造氮肥消耗的能源占全球能源使用總量的1%，而且，對很多農作物來(lái)說(shuō)，氮肥是最高的種植成本。然而，農作物對磷酸鹽和氮肥的吸收利用率分別只有20%到30%、30%到50%。剩下的磷酸鹽和氮肥會(huì )產(chǎn)生讓全球變暖加劇的二氧化碳，也可能流入水中讓水生態(tài)系統富營(yíng)養化。”

　　在葉子表皮，植物通過(guò)光合作用會(huì )失去90%的水分，這些生物學(xué)家們也發(fā)現，有些轉運蛋白可以調節葉子表皮的“氣孔”，這就可以提高這些植物在水中種植的產(chǎn)量。

　　農業(yè)科學(xué)家們目前孜孜奮斗的兩個(gè)目標是，增加農作物的碳水化合物的含量和提高抗蟲(chóng)性。最新的轉運蛋白研究中，科學(xué)家們也發(fā)現，轉運蛋白可以讓糖分遍布整個(gè)農作物，據此研發(fā)出的新品種水稻植物將具有很好的抗蟲(chóng)性。這種簡(jiǎn)單的方法可以提高農作物的產(chǎn)量和抗蟲(chóng)性，減少殺蟲(chóng)劑的使用。

　　英國約翰英納斯中心的主任、該研究的通訊作者戴爾·桑德斯表示：“就像手機需要更先進(jìn)的技術(shù)來(lái)攜帶更多信息一樣，植物也需要更好的或者新的轉運蛋白來(lái)使它們在現有的農業(yè)土地上表現得更好。目前的解決辦法是使用合成肥料和殺蟲(chóng)劑，但是，我們可以讓植物通過(guò)自身就擁有的元素來(lái)表現得更好。”

　　施羅德表示，最近這些與植物轉運蛋白有關(guān)的生物學(xué)研究有望使得人們獲得更好的農作物品種，它們在嚴苛的環(huán)境下可以表現得更好，且更有營(yíng)養。