点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:面对害虫、气象灾害和环境压力,植物能自己“乘风破浪”吗?
首页> 光明科普云> 农业农村频道> 基因故事 > 正文

面对害虫、气象灾害和环境压力,植物能自己“乘风破浪”吗?

来源:光明网2022-04-08 11:49

  作者:刘宇慧 (同济大学生物学博士)

  近年夏末秋初时节,我国很多省市会发现这样一种昆虫:它通体黑色,有光泽,体长22-37毫米,其最突出的特点就是通体体节毛瘤上生长着白色或灰白色的长刚毛。这就是美国白蛾的老熟幼虫。这些幼虫攀附在小区的桑树、杏树、杨树、白蜡上,甚至顺着树枝钻进院子,爬到阳台上的家养植物上。它们食量惊人,百年老杨树都抵不过它们的啃噬,两天就空了一半。

面对害虫、气象灾害和环境压力,植物能自己“乘风破浪”吗?

  被虫啃噬过的树木

  消灭美国白蛾的方法,相关部门当然考虑过。首先“上阵”的是杀虫剂喷洒。但大量杀虫剂的喷洒,不仅使小区居民的生活受到影响,整个小区的鸟都可能被杀虫剂赶走,人类反而少了并肩作战的生物伙伴。如此繁殖迅速、能吃且不挑食的昆虫,我们就没有更好的办法防治吗?不妨考虑一下基因工程技术。

  遭遇害虫,植物没有“还手之力”?错!

  已有研究表明,转基因杨树对这类鳞翅目外来入侵昆虫的生长发育有着明显的抑制作用。转基因技术具体是如何实现对害虫的防治呢?首先要用到的是一种十分重要的工具基因——苏云金芽孢杆菌(Bt)杀虫蛋白基因,其被发现已有100 年的历史,在害虫防治中发挥了巨大的作用,是近年来研究最深入、开发最迅速、应用最广泛的微生物杀虫剂。

  苏云金杆菌的防虫原理是其菌株可产生内毒素(伴胞晶体)和外毒素两类毒素,使害虫停止取食,害虫会因饥饿、血液败坏和神经中毒而死。通过农杆菌的介导,可以将Cry1Ac和Cry3A Bt毒素基因同时转化到杨树品种中,获得可以抗虫害的杨树品系。这样的转基因杨树品系,在后续的生长中,可以使其杨树叶免于被虫蛾啃食的命运[1, 2]。

面对害虫、气象灾害和环境压力,植物能自己“乘风破浪”吗?

面对害虫、气象灾害和环境压力,植物能自己“乘风破浪”吗?

  野生型杨树叶(上)和转基因抗虫杨树叶(下)

  基因工程技术让作物“乘风破浪”

  除了可以进行害虫的防治,转基因技术在作物育种方面也有极高的应用价值——

  水稻是全球最重要的粮食作物之一,其产量受到盐和干旱等胁迫的显著影响。如何提高水稻在干旱情况下的产量,是提高人民生活质量的重要问题之一,而转基因水稻就可以很好的解决这一问题。

  生长素/吲哚乙酸(Aux/IAA)和生长素反应因子(ARF)家族蛋白作为植物的两个重要蛋白家族,在植物发育过程和胁迫处理的反应中发挥重要作用。研究表明,生长素相关基因OsIAA18是响应水稻盐和干旱胁迫的正调节因子,具有增强植株非生物胁迫耐受性的潜在应用价值。在水稻中转入OsIAA18基因可以使水稻的耐盐性和耐旱性显著增强,从而提高水稻在盐碱地或干旱地的产量[3, 4]。

  除了水稻,转基因在对于提高柑橘黄龙病(HLB)的抗性也有十分重要的价值。黄龙病是一种严重的韧皮部限制性细菌疾病,由念珠菌引起,是柑橘类作物最严重的细菌性病害。它会导致果实产量下降,果实质量差,甚至植物死亡。由于缺乏有效药物,HLB又被称为柑橘类“艾滋病”。AtNPR1基因是植物系统获得抗性的一个重要调节基因,过量表达AtNPR1 基因能使植物对细菌和真菌的抗性同时增强。研究表明,利用转AtNPR1基因的柑橘品系可以很大程度的抵抗黄龙病病害。

面对害虫、气象灾害和环境压力,植物能自己“乘风破浪”吗?

  上图为实验研究中转基因品系和野生品系的柑橘植株,其中,C和F图为野生型品系感染了黄龙病的柑橘植株及叶片,其余A,B,D,E则为柑橘植株的转基因品系。我们可以看到,转基因植株能够有效地增强柑橘对细菌的抵抗力,使树木及果实免受病害的侵袭[5]。

  除了以上例举的杨树、水稻和柑橘的转基因事件,包含基因编辑在内的生物育种给我们带来的可不止这么多。随着科研人员的持续钻研,让植物获得抗虫、增产、抗病、耐旱的能力,“乘风破浪”早已从不可能成为了可能。

  参考文献:

  [1] Y. Ren, X. Zhou, Y. Dong, J. Zhang, J. Wang, M. Yang, Exogenous Gene Expression and Insect Resistance in Dual Bt Toxin Populus × euramericana ‘Neva’ Transgenic Plants, Frontiers in Plant Science 12(993) (2021).

  [2] C. Xu, H. Wei, L. Wang, T. Yin, Q. Zhuge, Optimization of the cry1Ah1 Sequence Enhances the Hyper-Resistance of Transgenic Poplars to Hyphantria cunea, Frontiers in Plant Science 10(335) (2019).

  [3] F. Wang, H. Niu, D. Xin, Y. Long, G. Wang, Z. Liu, G. Li, F. Zhang, M. Qi, Y. Ye, Z. Wang, B. Pei, L. Hu, C. Yuan, X. Chen, OsIAA18, an Aux/IAA Transcription Factor Gene, Is Involved in Salt and Drought Tolerance in Rice, Frontiers in Plant Science 12(2571) (2021).

  [4] H. Zhang, N. Zhai, X. Ma, H. Zhou, Y. Cui, C. Wang, G. Xu, Overexpression of OsRLCK241 confers enhanced salt and drought tolerance in transgenic rice (Oryza sativa L.), Gene 768 (2021) 145278.

  [5] M. Dutt, G. Barthe, M. Irey, J. Grosser, Transgenic Citrus Expressing an Arabidopsis NPR1 Gene Exhibit Enhanced Resistance against Huanglongbing (HLB; Citrus Greening), PLOS ONE 10(9) (2015) e0137134.

[ 责编:张蕃 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 乙巳年黄帝故里拜祖大典在河南新郑举行

  • 上海:纪念五卅运动100周年文物史料专题展开幕

独家策划

推荐阅读
3月30日,2025中国网络媒体论坛“坚持主流价值导向 推动算法向上向善”主题分享会在广西南宁举行。主题分享会上发布了“算法向善”南宁宣言,重点互联网企业代表集体签署。
2025-04-01 09:46
目前全球6G研发已从概念探索进入关键技术攻关阶段,中国围绕2030年实现6G商用这一目标加速布局。
2025-04-01 09:50
AI医疗只是辅助手段。
2025-04-01 09:48
31日,在2025中关村论坛年会“重大科技成果发布活动”上,由北京金融监管局联合市科委、中关村管委会、市经济和信息化局、市委金融办共同指导,全国首个商业航天保险共保体组织——“北京商业航天保险共保体”正式发布,助力北京商业航天加速发展。
2025-04-01 09:47
3月31日,“南海二号”钻井平台在惠州19-6油田海域进行钻探作业。
2025-04-01 09:45
2025中关村论坛年会重大成果专场发布会31日举行,围绕“四个面向”发布19项重大科技成果,展现了我国在前沿科技引领、开源开放合作、创新驱动发展等方面的成效。
2025-04-01 09:41
现场发布2024中国正能量网络精品征集展播活动结果,与会领导为中国正能量十佳网络精品代表、突出贡献单位颁发荣誉证书和纪念牌。
2025-04-01 09:48
主题分享会上发布了“算法向善”南宁宣言,重点互联网企业代表集体签署。
2025-04-01 09:47
今年以来,我国以DeepSeek为代表的大模型企业通过算法优化、有针对性的训练和开源生态协作,在使用“缩水版”GPU芯片的情况下,将千亿参数模型训练成本压缩至同类模型的1/10,走出了一条从粗放式算力堆砌向内生式效能提升的新路径。
2025-03-31 10:21
“联合科研团队初步确定,青龙山恐龙蛋化石普遍表现出特殊排列规律,如常见同层埋藏的恐龙蛋3至5枚一组排列成微微弯曲的弧线,多组弧线近平行展布。
2025-03-31 10:03
由西湖大学孵化的西湖仪器,日前成功实现12英寸碳化硅衬底激光剥离自动化解决方案,大幅降低损耗,提升加工速度,推进了碳化硅行业降本增效。
2025-03-31 10:02
日照两城河口国家湿地公园,一群绿头鸭在水面上自由飞翔。
2025-03-31 10:01
3月28至29日,作为2025中关村论坛年会的重要组成部分,中关村国际技术交易大会“全球高校科技成果转化促进大会”在北京工业大学举行。
2025-03-31 09:59
2025中关村论坛年会于3月27日至31日在北京举办,以“新质生产力与全球科技合作”为年度主题。其中将举办碳达峰碳中和科技、世界绿色设计等论坛,为新质生产力发展注入绿色动能。
2025-03-28 03:30
日前,我国自主研制的最大直径盾构机“沧渊号”成功下线,将承担世界最长公路水下盾构隧道——海太长江隧道工程左线掘进任务。大海古称“沧渊”,海太长江隧道横跨长江入海口,全长39.07公里,其中过江隧道长11.185公里,最大埋深超75米,计划于2028年建成。“沧渊号”开挖直径达16.66米,整机总长176米,总重量超5650吨,再创国产超大直径盾构机新纪录。
2025-03-28 04:00
3月27日,国家重大科技基础设施高能同步辐射光源HEPS正式宣布启动带光联调,这标志着HEPS装置建设进入冲刺阶段。HEPS是设计亮度世界最高的第四代同步辐射光源,也是我国第一台高能量同步辐射光源。截至2025年1月,经过多轮束流调试,HEPS储存环束流强度达到40毫安以上,发射度降低到93皮米弧度。
2025-03-28 04:00
3月27日,以“新质生产力与全球科技合作”为主题的2025中关村论坛年会在北京中关村国际创新中心拉开帷幕。来自100多个国家和地区的上千名嘉宾齐聚一堂,共议前沿科技趋势、共享创新思想、共谋发展机遇。
2025-03-28 03:30
近日,国家卫生健康委会同国家市场监督管理总局发布50项食品安全国家标准和9项标准修改单。截至目前,我国已累计发布食品安全国家标准1660项,包含2万多项指标,涵盖全部340余种食品类别。
2025-03-28 04:00
记者日前获悉,自去年10月全球洲际间断分布的5种崖柏属植物全部落户重庆市开州区崖柏国家林木种质资源库以来,科研团队已成功繁育崖柏实生苗30万株,崖柏扦插苗20万株,
2025-03-27 04:00
职业技能培训对劳动者提技增收、缓解就业矛盾意义重大。党中央、国务院高度重视职业技能培训工作,2024年印发《关于实施就业优先战略促进高质量充分就业的意见》,要求健全终身职业技能培训制度。
2025-03-27 05:10
加载更多