客观日本

用乙醇挑战世界粮食问题

2017年11月15日 化学材料
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用身边最经常使用的酒精之一乙醇为解决农作物盐害问题做贡献。

近年来,因气候变暖、异常气象持续发生,造成的干旱、盐害、高温等给农业带来的损失在世界各地不断扩大。尤其是小麦、大豆和玉米等谷物的损失据说占据近乎世界粮食总产量的30%。因此,开发能对述气候变化具有耐性的农作物的需求日趋加大。

在这样的情况下,灌溉农业问题之一,就是土壤中的盐分移动到地表而引起的盐害问题,盐害问题在世界的20%的灌溉农田上发生。高浓度盐分侵蚀植物后,会阻碍根茎吸收水分,降低光合作用,对作物的生长和产量造成严重影响。世界人口在持续增长,需要不断维持粮食生产,这样对盐害有抗性的农作物和肥料的开发就成了燃眉之急。

日本的理化学研究所环境资源科学研究中心植物基因组发现研究小组的组长关原明、特别研究员佐古香织、横滨市立大学研究生院生命纳系统科学研究科研究生洪迈贵(Hong Mai Nguyen)组成的研究小组发现了乙醇具有提高植物的抗盐性能。该研究成果作为在线速报版发表在2017年7月的植物科学领域的国际杂志≪Frontiers in Plant Science≫上。

该项技术是在摸索赋予植物压力耐性的化合物时发现的。

开发组长关原明表示,“一般来说,在做化合物的实验时,为了溶解不溶于水的物质时,需要用乙醇、丙酮、甲醇等有机溶剂。我们用几种有机溶剂进行了试验。试验数据结果显示,能给植物耐性的不是化合物,而是有机溶剂中的物质具有这样的功效。”

首先,研究小组用阿拉伯芥做了试验。经过乙醇处理后,发现对盐分的耐性增强。我们发现,阿拉伯芥用高浓度的盐水(0.6%的食盐水)浸泡后,发白枯死,而经过乙醇处理的阿拉伯芥,在高盐分的环境中,依然存活。

接下来,为了解析耐盐性的原理,对基因进行解析。解析的结果发现,在高盐的压力下,植物会产生活性氧※,而除去活性氧的基因群通过乙醇处理有所增加。此外,还确认了可以消除叫做过氧化氢的一种活性氧的酵素抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate peroxidases)的活性也在增加。而且,在水稻的试验中,也证实了经过乙醇处理后,抑制了活性氧的积蓄,增强了耐盐性能。

乙醇在酒精类中,是我们身边经常使用的物质之一,除了杀菌消毒之外,作为食品添加剂和燃料等被广泛使用。成本低、对人体的影响小,容易运输和储藏,运用乙醇强化植物的耐盐性,在今后的实用化上具有很多的优点。

关原明表示,“气候变化带给农作物的影响,以及人口增加对粮食需求问题来说,形势越发严峻。今后需要对农田进行验证,如果能应用这个成果,有望植物增强对抗干燥和高温压力,可期待农作物收成的提高。通过环境压力和耐性研究,为解决世界粮食问题做出我们应该做的贡献。”

如果该项技术能投入实际使用,可期待能开发培育对盐耐性强的农作物的肥料,而且在不容易设置灌溉基础设施的农业地区作物的产量也有望增加。

※活性氧:在化学上处于激发态的氧。除了生物体内的新陈代谢和防御感染症状时以外,在高浓度盐、高温、干燥、强光等环境压力下也会产生。氧对生命体具有重要的积极作用,但是积蓄过多对细胞具有毒性。

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By AKIRA UMEZAWA/Photos: COURTESY OF RIKEN CSRS; AKIRA UMEZAWA


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