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八十年為解之謎-植物怎樣知道什么時候開花？
閱讀：1277 發(fā)布時間：2012-10-13
為什么
科學(xué)家們相信他們已發(fā)現(xiàn)了歷時八十年無人能解之謎的zui后一個關(guān)鍵，那就是植物如何“知道”何時該開花？
知道何時適合開花，使植物能順利繁衍，對于植物來說是非常重要的。這攸關(guān)一系列的分子事件、植物的生理時鐘以及日照。
華盛頓大學(xué)生物系助理教授及通訊作者Takato Imaizumi表示，經(jīng)由這篇研究，科學(xué)家了解阿拉伯芥這種簡單植物如何開花，而這讓我們更清楚了解同一種基因在其他複雜植物當(dāng)中如何作用，例如米、小麥、大麥等作物。這篇研究發(fā)表于五月二十五日的《科學(xué)》上。
Imaizumi教授說：“如果我們可以控制開花時間點的規(guī)律，我們也許可以用加快或是延緩此規(guī)律的方法來增加作物的收成。知道這植物生長的機制讓我們可以掌控它。”除了糧食作物外，這項發(fā)現(xiàn)也許可以讓我們進一步提高生質(zhì)燃料作物產(chǎn)量。
在每年的特定時刻，開花植物會在葉子上產(chǎn)生名為開花素的蛋白質(zhì)以誘導(dǎo)開花。一旦這蛋白質(zhì)產(chǎn)生，會從葉子傳送到莖頂。莖頂?shù)募?xì)胞沒有明顯的分化，意謂著它可以蛻變成葉子也可以開成花。這些蛋白質(zhì)在莖頂開始產(chǎn)生分子變化，使細(xì)胞漸漸往花的路線演變。
日間長短的變化將季節(jié)正在轉(zhuǎn)變的訊息傳達給有機體。長久以來，人們都知道植物使用名為生理時鐘的內(nèi)在時間維持機制來感測日間變化。生理時鐘同步人、動物、昆蟲、植物以及其他有機體在二十四小時期間內(nèi)的生理歷程。Imaizumi 教授和此篇研究的共同作者一起研究稱為FKF1的蛋白質(zhì)。他們懷疑這種蛋白質(zhì)是植物之所以覺察季節(jié)改變以及知道何時該開花的關(guān)鍵。FKF1蛋白質(zhì)是一種光感受器。這意味著它會被陽光啟動。
Imaizumi教授說：“我們研究的FKF1光感受器蛋白質(zhì)在每日傍晚時表現(xiàn)。此外，植物的生理時鐘嚴(yán)格地規(guī)范著表現(xiàn)的時辰。”他接著說：“當(dāng)這種蛋白質(zhì)在日照時間短的日子被表現(xiàn)時，這些蛋白質(zhì)將無法被活化。而當(dāng)這種蛋白質(zhì)在日照長的日子中被表現(xiàn)時，這個光感受器將利用光線來啟動包含開花素FLOWERING LOCUS T的開花機制。生理時鐘掌握著光感受器運作的特定時辰，而光感受器掌控開花。這就是植物感受日照時間長短的方式。”
這個生理機制使植物可以在資源不足的情況下先不開花，例如冬季結(jié)尾，因為那時的日照短而夜晚漫長。
這項新發(fā)現(xiàn)來自對于植物阿拉伯芥的研究。阿拉伯芥是一種在芥菜家族當(dāng)中時常被用來進行基因研究的小植物。研究者透過能促使阿拉伯芥開花的生物機制的數(shù)學(xué)模型驗證了他們的預(yù)測，該數(shù)學(xué)模型的為愛丁堡大學(xué)生物系教授Andrew Millar，Andrew Millar也是這篇研究的共同作者。
Millar說：“此數(shù)學(xué)模型幫助我們了解植物日間長短感受器的運作原則。”那些原則也適用于其他植物，例如米。這些作物對于日照的反應(yīng)是限制農(nóng)夫在哪里種植作物可以豐收的一個因素。這日照原理在動物身上也適用，因此為了恰當(dāng)?shù)仫曫B(yǎng)雞和魚，飼主對于日照長度的控制也需要特別注意。
“對于動物身上的蛋白質(zhì)的了解尚不如對植物中蛋白質(zhì)那么高。但是我們期待在動物身上可以應(yīng)用相同的原理。”
參考資料：
顯微鏡百科