乙醇在处理植物土壤干旱方面的应用研究

中国生物多样性保护与绿色发展基金会（简称中国绿发会，绿会）是联合国防治荒漠化公约的观察员机构，持续关注全球范围内防治荒漠化和对抗干旱方面的最新动态。近日，中国绿发会国际部从国际知名期刊获悉一文，文章指出：用外源乙醇处理小麦和水稻等普通作物可以在干旱期间提高作物产量。

绿会国际部现将该文整理编译如下，供感兴趣的读者参考和了解，也欢迎相关领域的专家对此项研究进一步探讨和交流。

两周无水后，当用水预处理土壤时，小麦无法存活（左），但当用3%乙醇预处理土壤后，小麦生长旺盛（右）。水稻和模式植物拟南芥（Arabidopsis）也是如此。 图源：RIKEN

日本理化学研究所可持续资源科学中心的一项新研究表明，乙醇可以帮助植物在干旱时期存活。由Motoaki Seki教授领导的研究人员表明，向土壤中添加乙醇可以使包括水稻和小麦在内的植物在两周无水后茁壮成长。由于乙醇安全、廉价且可广泛获得，这一发现提供了一种在水资源匮乏的情况下提高全世界粮食产量的实用方法，而不需要昂贵、耗时且有时有争议的转基因植物生产。这项研究发表在2022年8月25日的《植物和细胞生理学》杂志上。

可预见的未来包括人口稳步增长和气候变化导致的水资源短缺增加，这两种情况将不可避免地导致粮食短缺，除非采取行动。一种选择是找到一种方法，防止植物在没有水的情况下死亡。对植物进行基因改造，使其气孔（叶片上的气孔）保持关闭，这在某种程度上是有效的，因为它可以防止水分离开植物。然而，制造转基因植物既昂贵又耗时，最需要的国家可能无法平等获得这些转基因作物。

Seki和他的团队一直在研究另一种方法。他们知道，植物在缺水时会产生乙醇，因此他们推断，将其提供给植物可以保护它们免受未来干旱的影响。为了验证这一假设，他们在充足的水下种植了大约两周的植物。然后，他们用乙醇预处理土壤三天，然后缺水两周。大约75%的乙醇处理的小麦和水稻植株在复水后存活，而不到5%的未处理植株存活。

在证明了乙醇可以保护这两种重要作物免受干旱之后，他们接下来开始通过关注模式植物拟南芥来解释原因。首先，他们看树叶。他们发现，经过乙醇处理的拟南芥植物在缺水后不久，气孔关闭，叶温升高。在缺水11天和12天时，这些植物比未经处理的植物在叶片中保留了更多的水分。

然后，研究人员分析了缺水前后的基因表达，并在预处理前对乙醇进行了放射性标记。这使他们能够看到干旱期间激活了哪些过程，以及乙醇被植物根系吸收后发生了什么。甚至在缺水之前，乙醇处理过的植物就开始表达在缺水期间正常表达的基因。此外，在未经处理的叶片含水量下降的同时，乙醇处理的植物正在从乙醇中制造糖并进行光合作用。

Seki说，用乙醇处理土壤可以在几个方面缓解干旱。首先，干旱相关基因甚至在缺水之前就已经表达出来，使植物在准备工作中处于领先地位。然后，气孔关闭，让叶片保留更多水分。同时，一些乙醇被用来制造各种各样的糖，这些糖提供了非常需要的能量，而这些能量通常很难通过封闭的气孔获得。

Seki说：“我们发现，用外源乙醇处理小麦和水稻等普通作物可以在干旱期间提高作物产量。就像在拟南芥中一样，这可能是通过调节干旱胁迫反应的代谢组学和转录组学谱的变化。这为我们提供了一种既便宜又简单的方法来提高作物产量，即使在水资源有限的情况下，也不需要进行基因改造。”

原文参看：
https://phys.org/news/2022-08-pretreating-soil-ethanol-drought.html

编辑：Daisy
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