寄生菌改造植物“个性”

来源 :大科技·科学之谜 | 被引量 : 0次 | 上传用户:li63991923
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  在我们的身体上,寄生着数以万亿计的细菌,比全身的细胞数量还多10到100倍。这些细菌生活在我们体内,与我们形成牢固的共生关系,比如分解食物、合成人体必需的维生素以及抵御其它病原微生物的入侵等等。有时候,甚至我们的喜怒哀乐都间接地受到它们的影响。譬如,倘若人体代谢紊乱,有些细菌就会制造出硫化氢、氨等对神经有毒害作用的气体来毒害我们的神经,从而使我们情绪烦躁。从一定程度上说,我们体内寄生菌的“生活质量”,通过微妙的方式影响了每个人的个性。
  现在,科学家又进一步发现,寄生菌也一样能影响植物的“个性”,而且影响之大,超乎我们的想像。科学家甚至不用改变植物的基因,单改变寄生在植物根部由真菌、细菌和病毒等组成的微生物群落,就能让植物的“个性”发生很大的变化。
  植物离不开寄生微生物
  土壤历来是地球上微生物生存和繁衍的乐土。在每一株植物的根部,都寄居着由大量真菌、细菌和病毒等组成的微生物群落。这些微生物的类别虽然因植物以及土壤环境的不同而各异,但它们的作用则一样,即都通过与植物交换养分达到共生的目的:既供养繁殖自己,又帮助植物从土壤中摄取氮肥等养分。
  此外,这些微生物还授予某些植物在恶劣环境下生存的“独门秘笈”。像生长在高寒地区、炎热干旱的沙漠地带以及盐碱地里的植物,倘若离开微生物的帮助,就很难存活。
  譬如,在美国黄石公园地热喷泉附近70℃的高温环境中,生长着一种叫绵毛黍的野草。2002年美国华盛顿大学的植物学家鲁索·罗德利兹通过给其种子杀菌,除去一种内生真菌(这种真菌寄居在长大后的植株内)之后,结果发现,这种野草在高温环境中不能再生长了。
  为什么微生物能够帮助植物在恶劣的环境下生存呢?这一点人们至今还没有搞清楚,可能与微生物激发了植物自身的潜力有关。拿绵毛黍来说,罗德利兹认为,其实它自身就带有耐高温的基因,但这个基因要通过内生真菌才能表达出来,就好比一个人的才能需要在合适的条件下才能发挥出来一样。某些寄生微生物的作用就是为一些特殊基因的表达创造条件。
  当然,这一观点是否正确,还有待检验。
  使农作物耐旱、耐寒
  或耐盐
  但寄生微生物能改变植物的“个性”这一点现在是没有什么异议的了。
  2003年,罗德利兹和他的同事从绵毛黍的内生真菌中分离出孢子,并把它们喷洒在小麦种子上。本来这种小麦只能在低于38℃的条件下生长,但喷过孢子之后,竟然也能够在70℃的环境中生长了,而且需水量减少了近50%。
  他们还分别从一种叫滨麦的嗜盐植物和一种野草莓中提取出内生真菌,这种野草莓生长在常年气温为5℃的高寒地区,然后把其孢子分别喷洒在稻类作物上,结果,稻类作物变得更能耐盐或耐寒了,从两种植物中提取的真菌孢子,都使稻类作物的需水量减少了近一半。
  难能可贵的是,这种措施有着立竿见影的效果:喷洒过内生真菌孢子的种子,在喷洒过后的24小时内,比起未喷洒的种子,长出的根须要多且长。
  这个发现为提高农作物的耐旱、耐寒或耐盐等本领提供了一个广阔的应用前景。如果考虑到随着全球气候变暖,未来世界各地旱灾必将更为频仍,而随着海平面上升,很多沿海的良田又将沦为盐碱度高的滩涂,那么这项技术的前景还更为诱人。
  如今,罗德利兹开办了一个公司,专门生产用一些寄生细菌或真菌的孢子喷洒过的作物种子。通过田头实验,初步的结果表明,在一些干旱地带,用他们公司出售的种子播种的玉米,比普通的玉米增产近35%。而美国新墨西哥州立大学的两位生物学家,把内生真菌和细菌从一种耐旱的沙漠植物根部移植到西红柿、辣椒和牛吃的草上之后,发现三种作物的产量都有所提高。
  比转基因还有效
  过去,当我们提到提高农作物的耐旱、耐寒或耐盐等本领的时候,往往最先想到的是转基因技术,即给农作物的DNA上拼接上一个耐旱、耐寒或耐盐的基因,这样长出的农作物就具有了此项本领。
  但转基因作物目前面临着这么几个障碍:一,许多公众对转基因缺乏了解,对转基因食品抵触甚大;二,转基因作物的研制本身投入大,过程漫长;三,很多转基因作物的生长状况有赖于气候,在某个气候下生长良好,变了一个气候,可能就生长很糟。
  而对于通过改变寄生菌来改变植物“个性”的办法来说,这三个障碍全都不存在:用这种办法处理过的植物,是完全无毒的(餐桌上的转基因食品当然也是无毒的,但田头试验中的转基因作物却不能保证无毒);这种办法有着立竿见影的效果;此外,因为寄生菌的进化速度比植物基因快得多,寄生菌对气候的适应性很强,所以气候变化对它所寄生的植物的影响并不显著,譬如气温在40℃下生长良好的植物,在50℃下一般也能生长良好。
  当然,这项工作刚处于起步阶段,有很多问题有待搞清。譬如有科学家提出:与其只提取单一种类的寄生真菌或细菌,把耐旱植物根部的所有寄生微生物群落都移植到农作物上,会不会更加有效?因为不同微生物之间的合作或许跟微生物和植物之间的合作同样重要。罗德利兹本人也在研究另一个问题:各大洲土壤中赋予某些植物生存“绝技”的微生物群落是否一样?譬如,同样是在沙漠地带生长的沙丘草,非洲撒哈拉沙漠上的沙丘草与美国犹他州沙漠上的沙丘草,其根部的微生物群落是否相同?如果不同,那就没必要把美洲土壤中的微生物群落移植到非洲的农作物上去了。
其他文献
在《西游记》里,这样的场景我们再熟悉不过的了:当孙猴子打不过某个妖怪的时候,他就径直去找妖怪的主人——多半是某位大仙。这妖怪原来是趁他一时管理上出了漏洞,跑到下界来作恶的。大仙来到妖怪跟前(或站在云端),不慌不忙拿出一件神器,举起来,只见万道寒光从神器发出,仿佛一盏探照灯,直射在妖怪身上。妖怪招架不住,很快露出了原形。然后一种可能的结局是,妖怪越缩越小,朝神器飞去……我们感觉那束寒光就像吸铁石一样
期刊
如果稍微细致观察一下你就会发现,不但男女鼻子的大小高低有不同,而且不同人种的鼻子也有差异。不过科学家会告诉你,不仅如此,不同历史时期和不同环境成长的人类,其鼻子形状也有较大差异。更重要的是,通过对人类鼻子形状的深入研究,还能破解很多有关人类鼻子的历史谜题。  “北京人”:  是塌鼻子,  还是高鼻子?  “北京人”出现在距今大约 77万年前,大约在60万年前来到北京周口店,在这里断断续续地生活了近
期刊
无处不在的废热  我们现在已经懂得了废品可以回收利用。但是,废热,这种看不见、摸不着却能感觉得到的东西也可以回收利用,却还在大多数人的预料之外。  如果你生活在城镇,在冬天想必经常会遇见工人疏通下水道的场景。下水道的井盖一打开,一股白雾就喷薄而出。你要是挨近走过,还会感觉到一股热气扑面而来。这是因为我们用完热水之后,家家户户的废热都排进下水道去了。下水道的温度,一般能常年保持15℃左右,比很多地方
期刊
正是下班的高峰期,一名交警在路口执勤。突然,眼前的一幕令交警惊出了一身汗:一个小男孩骑着一辆玩具电动车,在马路当中横冲直撞。当这名交警回过神来后,便下意识地做了一个靠边停车的交通手势。没想到,小男孩居然看懂了手势,还真的靠边停了下来。后来才了解到这个小男孩还不足3岁。  3岁的孩子也能看懂交警的手势?其实这不足为奇。不少研究都表明,在孩子2岁左右时,就具有看懂他人手势和肢体语言的能力。当然,这种能
期刊
手机锂电池的奥秘  作为学生和上班族的必需装备,手机、平板电脑等轻巧可爱的电子产品给我们的生活增添了无穷快乐。这些电子产品都靠锂离子电池提供电力。然而随着手机功能的不断扩大,这种电池越来越不尽人意了——往往我们正玩得开心,电量突然告罄而导致手机、平板电脑黑着脸“罢工”,我们只得给它们充电……真不给力!  解决这个问题,需要让电池有能力“吃进”更多电量。但锂离子电池供电能力与电极材料有关。那么在电池
期刊
生物界是一棵大树  千百万的生物组成了生机勃勃的生物界,有我们肉眼看不到的细菌、病毒,也有体重达几十吨的鲸类。虽然各种生物千差万别,但在生物学家眼中,所有的生物都可以根据亲疏远近,排列成有许多枝条的一棵大树——生命树。越古老的生物,越靠近大树的根;越后产生的生物,越靠近大树的枝头。我们人类当然在一条枝头上。  一种生物在生命树上处于什么相对位置,是由不同生物体内的遗传信息即基因决定的。我们知道,生
期刊
一般来说,牙齿是动物身上最坚硬的部分。我们只听说过牙齿掉了或者断了,恐怕还没有人听说过牙齿弯了。但最近在动物界,科学家还真发现了一种牙齿会弯折的鱼。  这种鱼叫吸嘴鲶鱼,生活在海洋里。它们长着一口细细的、像珍珠般晶莹的牙齿。必要的时候,牙齿会朝嘴里弯折下去,当然,之后又会恢复原状。拥有这样一副可弯折的牙齿,对于它们来说真是受益无穷。因为吸嘴鲶鱼主要以吸附在岩石、礁石上的植物、贝类为食,倘若它们的牙
期刊
(接上期)  月球撞击坑很另类  月球另一个让所有人都感觉奇怪的现象是,月球上的撞击坑,不管坑的直径有多大,它们的深度都是差不多的,即使是月球上最大的撞击坑也很浅。  月球上最深的坑也就是6.4千米,而它的直径却有300千米!撞击出这样的坑,小天体直径应该至少有300千米!保守估算,一个直径10千米的小天体质量就有万亿吨,就足以把月球表面砸出超过10千米深的坑,而直径300千米的小天体却只砸出了几
期刊
科学家在做科学实验时,经常空手而归。  2013年11月,美国科学家公布了“大型地下氙实验”(简称LUX)三个月的运行结果,他们没有探测到所要找的未知物质的粒子。尽管这样,LUX实验组的科学家们认为他们还是了解到了许多这种所探寻的粒子的蛛丝马迹。  他们找的未知物质的粒子是一种什么粒子呢?就是科学家已经提出了80多年的暗物质的粒子。对于我们来说,宇宙隐藏了它许多不为人知的秘密,而暗物质就是其中之一
期刊
恐龙长得很酷,但不是每种恐龙都像霸王龙那么酷。有些恐龙的模样很对不起观众。现在,就让我们来看看那些长相糟糕的恐龙吧。  滑齿龙  滑齿龙是一种大型的肉食动物,生活在晚侏罗纪。严格说来,它不属于恐龙类,而是与恐龙同时代的一种巨大的爬行动物。作为一种海洋动物,它不必担心自己的大脑袋太重了承受不了,但是怎么看它,都像是有人把一件难看的塑料鳄鱼玩具扔到水里的样子。  长鳞龙  这种小家伙生活在晚三叠纪,周
期刊