親愛的網友:
為確保您享有最佳的瀏覽體驗,建議您提升您的 IE 瀏覽器至最新版本,感謝您的配合。
回聯合新聞網 RSS App 粉絲團 Line 我的新聞 udn family

突破! 單基因改造可使作物用水量減少25%

2018-03-23 16:24基因線上 基因線上

2050年糧食的需求量將增加70%。然而,灌溉農作物是極度耗水的行為──約佔據全球90%的淡水資源,使糧食生產的永續性受到威脅。好消息是,近日發表於《Nature Communication》的研究指出,透過提高菸草中 Photosystem II Subunit S(PsbS)的基因表現,可節省25%的用水而不降低產量,未來將進一步測試於糧食作物,有望顯著提高農業用水效益。

基因線上提供
基因線上提供

人為操控氣孔開閉是省水解方?

乾旱是一個全球性的危機,如何利用有限的灌溉用水生產足夠的農作物是近年來亟欲解決的問題,其中一個可行方案是開發單位生產量水分需求較少的作物,但以往的進展皆有所侷限。植物透過葉子的氣孔吸收大氣中的二氧化碳行光合作用,然水份亦同時由此蒸散;因此,科學家把腦筋動到了氣孔開閉的操控──影響氣孔運動的四大因素包括植物中的濕度、大氣二氧化碳濃度、光照質量和光照量,在本篇研究中,來伊利諾伊大學(University of Illinois)的 Stephen Long 教授首度透過基因工程影響氣孔對光照量的調節,達到減少水分流失的效果。

PsbS蛋白:植物的重要守門員

葉綠體醌A(chloroplastic quinone A, QA)是植物光系統II(photosystem II)的主要電子接受者,根據最近的一項研究顯示,QA的氧化還原狀態是光照調控氣孔開閉的早期信息,其還原態會促使氣孔開啟。Photosystem II Subunit S(PsbS)蛋白是植物傳遞光照訊息路徑中的關鍵角色,其會直接影響光系統II天線複合體(antenna complex)吸收激發能的速率,並使 QA 更趨於還原態。由於 PsbS 蛋白會刺激激發能的散失,研究團隊推測 增加PsbS 蛋白表現將使 QA 維持在氧化態,進而造成氣孔對光照的反應降低。簡單來說, PsbS 增加時,植物會「誤以為」外在光量不足以行使光合作用,此時因不需要二氧化碳的參與,故觸發氣孔關閉,同時避免水分過度蒸散。

為了驗證上述假設,研究團隊分別在室內與田野中建立不同 PsbS 蛋白表現程度的煙草(Nicotiana tabacum)植株,並給予充足的水份。令人訝異的是,實驗結果不僅與預期一致,差異還相當顯著──PsbS蛋白高表現量之植株氣孔在相同光照下開口減少,且田野組之菸草植株能在不降低光合作用產能的前提下增加水份利用的效率(進入氣孔之二氧化碳量與水分散失之比例提高了25%),然而 PsbS 過量表達反而對生質產量不利,導致最終植物體積及乾重輕微降低。本篇研究為史上首度成功利用基因工程操控光線對氣孔反應之報導,值得一提的是,在過去的70年中,大氣中的二氧化碳濃度因溫室效應而提高,使植物的氣孔不須長期打開亦能吸收足夠的二氧化碳行光合作用, Long 教授表示:「演化並沒有跟上環境快速改變的步伐,科學家們只是向它們伸出援手。」

開啟節水農業之門

本篇研究以菸草作為驗證假說的模型植物,其優點為容易操控與種植快速。基於 PsbS 基因在大部分行光合作用的植物中具有普遍性,研究團隊下一步將利用該成果於糧食作物上,並測試 PsbS 蛋白表現的增加在限水條件下是否亦能提升植物的水份利用效率。共同第一作者 Johannes Kromdijk 博士後研究員表示,對於當前與未來的植物科學家而言,提高農作物的用水效率無疑是最大的挑戰,而本篇關於 PsbS 蛋白的研究成果將有助於農業灌溉的水資源分配,並使農作物在乾旱的環境中仍維持產量。若地球主要的糧食作物亦能藉由此手段提升用水效率而不產生負面影響,必能大幅降低未來發生「糧食危機」的可能性、同時提升淡水資源的利用效益,對於全球的食物供應將是一大福音。

本文獲《基因線上》授權刊出,原文網址

農業 菸草 水資源 節水
A- A+

相關新聞

中裕愛滋新藥 歐洲有進展2018-08-22
生技產業大「藥」進…利多頻傳2018-08-22
台灣拜耳豬疫苗 打進泰國2018-08-21
無針注射器 少受皮肉之苦2018-08-04
台微體新藥 臨床達標2018-08-21
台 生技指數跌4%2018-08-20
易威孫公司 結盟對岸藥廠2018-08-21
美 NBI指數微挫2018-08-20
亞獅康血癌藥 獲孤兒藥認定2018-08-21
欣耀新藥 將赴對岸秀成果2018-08-20
安克軟體 授權陸企2018-08-20
金可改善財務體質 見成效2018-08-20
金可三新出擊 本業看旺2018-08-20
中研院、生技中心 合攻新藥2018-08-21
達邦蛋白下月上櫃2018-08-20
大陸藥政改革涉入深水區2018-08-20

熱門文章

鴻海集團砸逾3億元 投資這家AI新創公司2018-08-21
新iPhone來了 傳9/12亮相2018-08-22
台積奪兩大單 外資唱旺2018-08-22
尋找台灣獨角獸 國際篇/日本Mercari崛起 二手平台打敗eBay2018-08-22
李開復:鴻海將搭上第二波製造業機會2018-08-22
台手機後天挑戰...甩不掉陸廠夾攻2018-08-22
尋找台灣獨角獸 國際篇/未來獲利能力 才是大考驗2018-08-22
尋找台灣獨角獸 國際篇/美中孵育新創 另類國力賽開打2018-08-22
新MacBook Air 將掀換機潮2018-08-22
鴻海投資陸AI準獨角獸2018-08-22
新Apple Watch快來了 廣達樂2018-08-22
高通投資換罰款 誰是贏家2018-08-22
回應收攤耳語 華碩不放棄手機事業2018-08-22
中裕愛滋新藥 歐洲有進展2018-08-22
觸控展打技術戰 雙虎拚場2018-08-22
高通和解案/網通廠談5G商機...靠自己爭取2018-08-22
台廠對特斯拉有信心 不放棄合作2018-08-22
Micro LED…顯示器新亮點2018-08-22
特斯拉財務風險 供應商憂心2018-08-22
尋找台灣獨角獸 國際篇/陸港大動作 招手巨獸上市2018-08-22
高通和解案/專家看高通授權...應訂基本原則2018-08-22
生技產業大「藥」進…利多頻傳2018-08-22
台薩斷交/金融業在薩爾瓦多 曝險41億2018-08-22
台手機先天難題...市場撐不起品牌2018-08-22
交長提振觀光 三路並進2018-08-22
台薩斷交 二年來第五國2018-08-22
全家鮮食+物流 營運雙引擎2018-08-22
基本工資漲 全家門市成本增3億2018-08-22
交長專訪/吳宏謀推動軌道建設 放眼長期效益2018-08-22
交長專訪/他...行動派 追求有感施政2018-08-22
政院救空汙 部會總動員2018-08-22
新北打造電競基地2018-08-22

商品推薦

商品推薦

留言


Top