昆明植物所植物適應(yīng)溫度快速變化的機制研究取得新進展
溫度是影響植物地理分布、生長發(fā)育和作物產(chǎn)量的重要環(huán)境因素。植物適應(yīng)高溫或者低溫的最重要和最基礎(chǔ)的方式,是改變細胞膜的組成以調(diào)整膜的流動性,最終保持細胞膜的完整性和功能。一般情況下,植物膜脂以飽和度的升高適應(yīng)高溫、降低適應(yīng)低溫。但是,膜脂飽和度的變化是一個復(fù)雜而耗能的過程。在持續(xù)高低溫快速轉(zhuǎn)換的環(huán)境中(沙漠和高山流石灘等),如果植物采取上述的方式適應(yīng)溫度變化,將是一種不好的“生存和繁育之間的能量權(quán)衡策略”,因為植物將為生存耗費過多的能量。
在中國科學(xué)院昆明植物研究所李唯奇研究員的指導(dǎo)下,鄭國偉和田波博士提出假說認為,不同于單獨的高溫或者低溫環(huán)境中的情況,在高低溫快速轉(zhuǎn)換的環(huán)境中,植物將保持膜脂的飽和度不變,同時以其它一種快速而低耗能的方式調(diào)整膜脂組成來適應(yīng)溫度變化。他們用脂類組學(xué)方法,檢測了橫斷山海拔4500米高山流石灘晝夜巨大溫差的條件下,植物水母雪兔子和線葉叢菔的膜脂分子變化;并設(shè)置了高低溫快速變化的室內(nèi)控制實驗,在排除了紫外輻照等其他野外因素的條件下,檢測了高山植物須彌芥以及模式植物擬南芥的膜脂分子變化。野外和室內(nèi)兩個實驗的結(jié)果均顯示,在持續(xù)高低溫快速變化的環(huán)境中,植物保持細胞膜飽和度不變,而采取交換膜脂頭基團的方式變化膜脂組成,這種變化方式快速而省能。實驗結(jié)果驗證了所提出的假說,從而提出了植物適應(yīng)溫度變化一種新機制。
上述研究結(jié)果以論文“Plant adaptation to frequent alterations between high and low temperatures: remodelling of membrane lipids and maintenance of unsaturation levels”在線發(fā)表于著名雜志Plant, Cell & Environment (34: no. doi:10.1111/j.1365-3040.2011.02341.x )上 (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1365-3040.2011.02341.x/full)。
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