首页 推荐 头条 关注 专题 活动 服务 供求 商城 会员 政务 数据

给水稻增添“增产基因”

作者:董提    发表于 2014-07-30
10205
  有一个退休多年的“农业专家”在媒体上发惊人之论:转基因作物能增产是骗人的,因为没有“增产基因”!目前大规模种植的转基因作物主要是抗虫、抗除草剂品种,它们是没有“增产基因”,但是同样能够增产,只不过是通过防止虫害、杂草造成的损失而间接地增产。那么以后能不能给作物加入“增产基因”,让它们直接增产呢?完全有可能。我们已经知道,有些基因与作物的高产有关,其中主要是一些能提高光合作用效率的基因。
 
  我们可以简单地把光合作用分成两个过程。第一个过程是叶绿素吸收太阳光,把光能转化成化学能,生成能量分子ATP。这个过程叫光反应。第二个过程叫碳反应,在酶的催化下,消耗ATP提供的能量,将二氧化碳和水合成有机物。碳反应的第一个步骤是要把空气中的二氧化碳固定到某个物质上不让它跑掉。对绝大多数植物来说,它们用来固定二氧化碳的物质是一种本身含有5个碳原子的化合物,叫做二磷酸核酮糖,二氧化碳和它结合后让它多了一个碳原子,但是新生成的这个6碳分子很不稳定,立即分裂成2个含3个碳原子的化合物3-磷酸甘油酸。所以采用这种方式固碳的植物,叫做碳三植物。碳固定下来之后,再经过一系列复杂的生物化学反应,最终生成葡萄糖、淀粉。
 
  这个固碳过程需要一种酶的催化,这种酶有个很长的名称叫核酮糖1,5一二磷酸羧化酶/加氧酶,即使用其英文缩写也不短,叫RuBisCO。从名称看它实际上有两种酶活性:羧化和加氧。把二氧化碳加到有机物上面去,让它的碳链变长,这叫羧化。加氧又是怎么回事呢?原来这种酶并不能很好地区分二氧化碳和氧,如果遇到二氧化碳,就把二氧化碳加到二磷酸核酮糖上(羧化),如果遇到氧,就把氧加到二磷酸核酮糖上(加氧),后一过程是一种浪费,简直是在捣乱,大大降低了光合作用的效率。空气中是同时存在氧气和二氧化碳的,而且氧气的浓度要比二氧化碳高很多,幸好RuBisCO对二氧化碳的亲和力比氧强,所以在一般情况下,这种低效率的固碳方式能被容忍,这种在空气中二氧化碳含量高于氧气的远古时代进化出来的古老的固碳方式,就一直保留了下来。现有的植物物种中95%都是碳三植物,例如水稻、小麦。
 
  但是在炎热干旱的条件下,这种低效率固碳方式就很不利了。为了能够从空气中吸收二氧化碳,植物叶子上有很多气孔,但是植物体内的水分也能通过气孔蒸发掉。实际上,植物从土壤吸收的水分,97%都蒸发掉了,只有很小的一部分能被植物利用。在炎热干旱的条件下,水分的丧失就会成为生死攸关的大问题。为了减少水分蒸发,植物不得不尽可能关闭气孔,只在短时间开放。但是气孔开得少了,进入叶子的二氧化碳的量也少了,而光合作用却不断地在产生氧气,结果是叶内的氧气浓度越来越高,二氧化碳浓度越来越少,RubisCO固碳效率也越来越低。而且,温度越高,RubisCO对氧气的亲和力也随之增强。所以,在炎热干旱的条件下,碳三植物的生存面临着巨大的挑战。
 
  有些植物就抛弃了祖先的遗产,发明了新的固碳方式。它们不直接用RuBisCO来固碳,在叶肉细胞里,没有RuBisCO,而是另一种羧化酶,它能很好地区分二氧化碳和氧气,只把二氧化碳固定到另一种化合物上,生成苹果酸或天门冬氨酸。苹果酸或天门冬氨酸含有4个碳原子,所以采用这种固碳方式的植物称为碳四植物。但是植物要利用固定下来的二氧化碳,还是离不开RuBisCO的。碳四植物的RuBisCO哪里去了呢?在维管束周围,包裹着一层鞘细胞,碳四植物的RuBisCO就躲在这里。苹果酸或天门冬氨酸源源不断地跑到了维管束鞘细胞,释放出二氧化碳供RuBisCO使用,而空气中的氧气是到不了这里的,这样,RuBisCO就只发挥其羧化酶的作用,不干加氧的杂活了。
 
  这样固碳的效率大大提高了,就可以缩短气孔开放的时间,减少水分的蒸发。碳三植物每固定一分子的二氧化碳,要丧失833分子的水,而碳四植物只丧失277分子的水。少浪费水还能高效固碳,碳四植物也就特别适合在炎热干旱的条件下茁壮成长。大部分的碳四植物实际上是草(禾本科),但是它们有的长得如此高大,很多人都不知道它们是草,例如玉米、甘蔗、高粱。
 
  既然碳四植物的光合作用效率如此之高,为什么它们没有征服全世界,只占植物中的一小部分呢(大约占3%)?这是因为其高效是以多耗费能量为代价的。由于多出了一个步骤,碳四植物的光合作用要耗费更多的能量,每合成一分子葡萄糖要耗费30分子的ATP,而碳三植物只需要耗费18分子ATP。ATP是由光能转化来的,在阳光强烈、充足的炎热地带,不缺ATP,为了多固碳多耗费ATP是值得的。但是在阴凉、寒冷的地带,多耗费ATP就没有优势了。所以碳四植物最适合在热带地区生长,在其他地区就未必能竞争过碳三植物了。
 
  水稻原产热带,但却没有变成碳四植物,可能是因为它的原产地水分充沛。但是如果让水稻变成碳四植物,提高了它的光合作用效率,不就可以大大地提高它的产量而且还能抗旱吗?但是要把水稻变成碳四植物所需要的基因是水稻中原来没有的,只能用转基因技术,从碳四植物(例如玉米)中引入。这是一个艰巨的任务,因为需要引入的新基因多达13个,而且光是引入基因还不够,还要让它们能够发挥作用,形成特殊的细胞构造。目前国际上有一个碳四水稻研发项目,集中了十几家研究机构的力量。一旦研发成功,将能让水稻增产50%,提高水分利用率1倍,并降低对肥料的需求。大自然没能造就的,人工可以帮助它完成。
 

(责任编辑:王翔)


声明:文章版权归原作者所有,本文摘编仅作学习交流,非商业用途,所有文章都会注明来源,如有异议,请联系我们快速处理或删除,谢谢支持。


(原文章信息:标题: 给水稻增添“增产基因”,作者:董提,来源:未知,来源地址:)

上一篇如果被阿猫阿狗咬了

下一篇 对转基因的质疑源于不了解

评论

你还没有登录请登录
回复
---收起
回复 {{item2.CommentConcent}}
回复
首页 上一页 下一页 最后一页
相关推荐

对转基因的质疑源于不了解

十年来,每隔一段时间,国内媒体就要对转基因食品争议一番,占主流的是质疑、反对的声音,这恰与科学界的声音截然相反。质疑、反对转基因食品的,除了有些人是带着政治、经济等目的而别有用心,绝大部分人是由于不了解转基因技术,被错误的信息误导而产生了疑虑。很多人习惯从国家利益的角度看待各种问题,转基因食品的安全性也进入了这一视野,在某些人看来,推广转基因食品成了美国的一个阴谋。十年来,这样一个说法以不同的版本反复出现:转基因食品美国人自己不吃,生产了推销给其他国家的人吃。 美国是转基因食品最大的生产国,也是最大的消费国。一个简单的事实可以佐证这一点:去年11月,美国加州选民公投表决要求转基因食品做标识的议案,被否决;今年5月,美国参议院投票表决相似的议案,也被否决。这一事实表明美国人不仅吃转基因食品(已吃了16年),而且不要求对转基因食品做标识(中国是要求的)。美国种植的玉米、大豆的80%以上,甜菜的90%以上

2014-07-30

玉米颜色的秘密

近日中国农业大学戴景瑞院士等科学家带领一批网友到试验田体验、品尝抗虫转基因玉米,有网络媒体在报道此事时,配了一张长着五颜六色的玉米粒的玉米棒子图片,暗示这就是转基因玉米。事实上那天品尝的抗虫转基因玉米粒只有黄色一种颜色,除了因为没被虫子咬过看上去更加漂亮外,在外观上与同品种的普通玉米并无区别。那种五颜六色的玉米棒子在美国叫做印第安彩虹玉米,并非转基因品种,而是一种来源比较古老的天然玉米。 玉米是在几千年前由美洲原住民培育的,在美洲还保留着一些古老的品种,这些印第安玉米的颜色和我们平常吃的玉米的颜色不一样,有紫色、蓝色、红色等多种颜色。但印第安玉米粒比较硬,通常不能直接吃,而是用来磨成玉米粉。印第安玉米因为五颜六色显得好看,人们也会把玉米棒子挂起来当装饰品。 为什么玉米粒会有这么多种颜色呢?玉米粒是玉米的种子,最里面是胚,胚外面是胚乳,胚乳外面是糊粉层,最外面是种皮。玉米种皮是透明的,所以玉

2014-07-30

基因序列是怎么巧妙测出来的 ?

11月19日,英国著名生物化学家弗雷德里克桑格在睡梦中去世,享年95岁。在学生物出身的人当中,桑格是一个尽人皆知的传奇式人物,传奇到很多人听到他的死讯时,都很惊讶他还活着。他一个人解决了现代生物学的两大实际难题:怎么测定蛋白质的序列和怎么测定DNA(脱氧核糖核酸)的序列。因此他两次获得诺贝尔奖,在历史上,只有四个科学家有此殊荣(其中一个美国化学家鲍林第二次获得的还是没有含金量的和平奖),而桑格是最后一个。1955年,桑格测定了第一种蛋白质(牛胰岛素)的序列和结构,3年后因此获得诺贝尔奖化学奖。1977年,桑格发明了一种快速测定DNA序列的巧妙方法,3年后再次获得诺贝尔化学奖。桑格发明的DNA测序方法很快成为各个分子生物学实验室的常规方法,成为最常用的测序方法达20多年之久(人类基因组序列就是用这种方法测定的),一直到现在,在小规模的DNA测序中还在使用。 现在的生物系研究生已经不需要自己去测DNA序列了,只需把DNA样品交给

2014-08-01

523

收藏

分享

主办单位:河南省乡村振兴协会     承办单位:河南省乡村振兴协会产信委     技术支持:全息数字科技(河南)有限公司

法律服务单位: 河南诺方律师事务所(朱秩成 13838397329) 河南言正律师事务所(白铁军 15037119815)

Copyright© 乡村振兴公共服务平台 版权所有      豫ICP备2023012239号-1      豫公网安备41010502005757号

top