被破譯的植物“密碼”

讓植物自己去抗旱

在這個(gè)地球上，每年都有許多地方面臨干旱的威脅。面對(duì)干涸的河流和張開嘴的大地，面對(duì)幾成擺設(shè)的灌溉設(shè)施，我們還能期望田里長(zhǎng)出什么呢？好在，科技的發(fā)展，已經(jīng)讓我們看到了一絲綠色的希望。

相對(duì)于那些泡在大海里的海藻，在陸地上的植物都算得上是掘取水分的精英了。土壤不是培養(yǎng)液，通常濕潤(rùn)土壤的含水量?jī)H為20%左右。從中汲水并非易事。

我們都知道，腌咸菜時(shí)，蘿卜青菜的水分會(huì)被粗鹽或者鹽水“榨”出來，變成菜干，鹽水越濃，脫水效果也越明顯。植物吸水也是用同樣招數(shù)，只不過根系變成了鹽水，從清淡一些的土壤里奪取水分。奪取水分能力的高低直接決定了植物的抗旱能力，而這種能力又是由根系中細(xì)胞溶液的濃度決定的。只不過，根系提高濃度不是靠鹽，而是氨基酸、甜菜堿和甘露糖等物質(zhì)，要不我們就只能吃“咸菜”了。

現(xiàn)在，科學(xué)家已經(jīng)找到了掌控脯氨酸積累的基因，并且成功地“請(qǐng)”到煙草中，讓它們可以在更干旱的土壤中掘取水分。

持久的干旱帶來的不光是根系的干渴，還有每天強(qiáng)烈光照的摧殘。雖說光合作用離不開陽(yáng)光，但是強(qiáng)烈的光照也會(huì)曬傷葉子。本來太陽(yáng)光跟葉綠體一起加工出氧氣是個(gè)和諧的過程，可是有時(shí)候，有些光線和氧氣湊在一堆就搞起了破壞。

通常來說氧分子所攜帶的電子都是成對(duì)出現(xiàn)，但是在陽(yáng)光的作用下，氧分子的電子對(duì)會(huì)被拆散，從而形成帶單個(gè)電子的超氧離子（自由基）。這些家伙很不安分，它們會(huì)搶奪周圍分子的電子，從而破壞葉綠體和細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)。特別是在強(qiáng)光下，這種效應(yīng)尤為明顯。這樣就需要超氧化物歧化酶（就是我們平常所說的SOD）來收拾局面了。它會(huì)連同過氧化物酶一起，把自由基變成無(wú)害的水和氧氣。

雖然，我們無(wú)法得知混在化妝品里，抹在臉上的SOD是不是同樣敬業(yè)，但是葉片中多安排點(diǎn)SOD確實(shí)對(duì)于烈日下的農(nóng)作物有保護(hù)作用。

隨著干旱的持續(xù)，連被改造的根系都無(wú)法汲取水分的時(shí)候，脫水已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)，皺縮的膜結(jié)構(gòu)可能會(huì)扯破，失去水分結(jié)合的蛋白質(zhì)也可能開溜，從而造成永久性的損傷。不過，抗旱作物還可以玩“龜息大法”。這是一種被稱為L(zhǎng)EA的蛋白質(zhì)保護(hù)作用，這種蛋白質(zhì)能跟不同的蛋白質(zhì)搭關(guān)系，指揮它們堅(jiān)守在各自的崗位上，直到再次獲得足夠的水分。

如今，同脯氨酸基因一樣，掌控SOD酶數(shù)量和維持脫水細(xì)胞活性的LEA蛋白合成的基因都被“請(qǐng)”到了水稻、小麥和玉米之中。

希望在未來的旱季里，它們會(huì)給我們一抹不一樣的綠色。

讓花毫不吝嗇吐蜜糖

童年時(shí)，因?yàn)樽祓挘?jīng)常跟小伙伴去找花蜜吃。經(jīng)驗(yàn)表明，泡桐和一串紅（又名爆仗紅）是兩個(gè)不錯(cuò)的蜜源，因?yàn)樗鼈兪亲詈谜业角一垡沧疃嗟闹参铩２贿^，所得的那點(diǎn)花蜜通常都還不夠潤(rùn)舌頭。那時(shí)，經(jīng)常幻想著，能像動(dòng)畫片里的小蜜蜂一樣，端起滿滿一盞花的花蜜，一飲而盡，那是何等暢快的享受啊！其實(shí)，所有的花都很吝嗇，即使供應(yīng)花蜜，也是定時(shí)定量的，它們可不愿意給傳粉昆蟲丁點(diǎn)兒額外的好處，何況是我們這些想偷嘴的兩足動(dòng)物呢。

不過，美國(guó)斯坦福卡內(nèi)基研究所的研究人員給像我這樣的饞嘴人士帶來了好消息。他們找到了花朵釋放花蜜的開關(guān)——一類被稱為“SWEET”（甜）的運(yùn)輸?shù)鞍滓约盎蛘瓶刂?xì)胞向外釋放糖的數(shù)量。它們不僅在花朵的蜜腺中執(zhí)掌大權(quán)，還掌控著種子發(fā)芽時(shí)，從能量庫(kù)（子葉或者胚乳）中向外搬運(yùn)糖類能量物質(zhì)的速度，以及花粉在雌蕊柱頭上萌發(fā)時(shí)，為運(yùn)動(dòng)的精子提供糖類能量的效率。甚至連我們?nèi)祟惖难撬揭哺@類基因有著密切的關(guān)系，因?yàn)樗鼈兛刂浦闻K中的糖向血液中釋放的速度。稱其為“甜”基因倒是名副其實(shí)。

從理論上說，只要我們掌握了這種基因，就能掌握了花蜜的生產(chǎn)。實(shí)際上，已經(jīng)有“食客”捷足先登了，那就是寄生在植物細(xì)胞之間的細(xì)菌和真菌。這些家伙是如何在植物中獲取能量，一直是困擾科學(xué)家的一個(gè)難題。畢竟植物不是慈善家，對(duì)于這些不速之客也沒有好臉色。不過，在上述研究中，科學(xué)家驚奇地發(fā)現(xiàn)，這些“食客”摸到了房東廚房的鑰匙孔，并且成功地把門打開了——它們分泌的信號(hào)因子可以直接作用于“SWEET”基因的啟動(dòng)子，讓植物細(xì)胞大量分泌出糖分供它們享用。這也是在不破壞寄主細(xì)胞情況下獲得能量的高明選擇。

循著這樣的盜蜜路徑，興許我們真能開發(fā)出一種新型的活植物糖果，只要把種子種在小花盆里，等到花朵綻放的時(shí)候，我們可以幸福地喝下一大口花蜜，或者直接把裝滿花蜜的花朵當(dāng)成夾心糖果一口吃下去好了。

編輯/梁宇清