正在發(fā)芽的綠豆種子。

植物的種子看起來(lái)平淡無(wú)奇，但卻擁有驚人的超能力。干燥狀態(tài)下可以?xún)?chǔ)存幾年的能量，環(huán)境條件合適的話(huà)，會(huì)突然釋放能量以供發(fā)芽。最著名的例子發(fā)生在美國(guó)死谷國(guó)家公園，在干燥炎熱的沙漠中保存了幾十年的種子在雨后突然發(fā)芽，幾個(gè)月后美麗的花朵綻放。

種子保存完全形成的胚胎，只有在適當(dāng)?shù)臈l件下才能繼續(xù)生長(zhǎng)。種子的發(fā)芽由多種植物激素控制，對(duì)這種激素的研究一直是熱點(diǎn)，但研究人員對(duì)其發(fā)揮作用的過(guò)程知之甚少。種子的能量是如何利用的？如何盡快有效地進(jìn)行能量代謝？

最近，德國(guó)明斯特大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究小組研究了種子萌發(fā)過(guò)程中的能源代謝問(wèn)題。他們利用新的熒光生物傳感器，在活種子細(xì)胞中觀察到能量代謝和依賴(lài)硫的氧化還原代謝。結(jié)果表明，種子接觸水幾分鐘后，能量代謝就能成立。植物細(xì)胞的線(xiàn)粒體激活種子的呼吸作用，硫醇氧化還原開(kāi)關(guān)對(duì)能量的有效釋放起著核心作用。相關(guān)論文發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人明斯特大學(xué)的Markus Schwarzlander教授說(shuō)：“通過(guò)觀察種子發(fā)芽控制的早期過(guò)程，我們可以更好地了解誘導(dǎo)種子發(fā)芽的機(jī)制。”未來(lái)，我們可以考慮在作物生物技術(shù)中如何使用這種開(kāi)關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展有積極的影響?！环矫嬗兄诜N子盡可能長(zhǎng)時(shí)間地保持發(fā)芽活力，另一方面也有助于種子同時(shí)發(fā)芽。" "

熒光顯微鏡觀察到的發(fā)芽中的種子。

為了觀察能量代謝中發(fā)生的活動(dòng)，研究人員在顯微鏡下觀察了細(xì)胞內(nèi)能量的通用貨幣——ATP和線(xiàn)粒體中的電子能量——NADPH，并比較了干燥和“吸收”的苔原種子。

為了確定氧化還原開(kāi)關(guān)開(kāi)始種子發(fā)芽的重要性，研究人員使用遺傳學(xué)方法停用了某些蛋白質(zhì)，然后比較了改良前后的種子反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，通過(guò)人工老化種子，如果種子缺乏相關(guān)蛋白質(zhì)，發(fā)芽活性就會(huì)大大降低。

之后，研究人員分析了氧化還原蛋白質(zhì)組，分離出激活的線(xiàn)粒體，迅速冷凍，直接研究了這一過(guò)程的發(fā)生狀態(tài)。然后，研究人員使用質(zhì)譜鑒定了對(duì)能量代謝的資源效率至關(guān)重要的半胱氨酸肽。

“這個(gè)過(guò)程可以與大城市的交通控制系統(tǒng)相比較。在高峰期(即發(fā)芽期)開(kāi)始之前，硫醇氧化還原開(kāi)關(guān)可以打開(kāi)信號(hào)燈和行車(chē)路徑系統(tǒng)?！边@篇論文的主要作者Thomas Nietzel解釋道。

編譯：花審稿人：aman責(zé)任系列：雷新宇

經(jīng)常出版物來(lái)源《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》

定期編號(hào)：0027-8424

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