据相关报到,全球目前70亿人中有10亿人营养不良,缺乏充足的蛋白质和碳水化合物,还有10亿人营养失调,缺乏铁、锌和维生素A等微量营养素。这些饮食缺陷不仅导致人们容易感染并罹患疾病,而且也增加了罹患精神疾病的风险。到2050年,全球人口可能高达90亿。人口激增、城市化水平不断提升、发展中国家对蛋白质的需求不断增加、气候变暖的风险不断加剧等诸多因素交织在一起,将给农业生产带来沉重的压力。
而全球12位著名的植物生物学家发现的植物转运蛋白的重要属性,或将缓解全球农业生产压力。经过研究,他们发现植物中的转运蛋白,不仅会穿过农作物的生物膜来对抗有毒的金属和昆虫,也能提高农作物的抗盐性和耐旱性、控制水分流失并存储糖分。
据介绍,植物在盐碱地上不容易生长的原因,是因为植物通过根吸收水分和养料,也会把盐碱成分运输到整个植物体。如果吸收到体内的盐碱成分浓度过高,植物就会死去。如何培育能够在盐碱地上正常生长的植物,特别是培育高耐盐性的转基因工程植物,是进行盐碱地改良的根本出路,也是目前国际学术界的研究重点。目前盐分胁迫已经影响了全球超过五分之一的农业用地,而且,随着气候变化,盐分胁迫还将对粮食生产产生越来越多的威胁,耐盐作物将是确保粮食安全的一个重要手段。
澳大利亚科工组织植物产业部的女科学家拉娜·穆勒斯和同事现在已经将这种钠转运蛋白用于育种研究中,对小麦作物进行了遗传学处理,让其更耐盐分胁迫。在标准环境下,新的耐盐小麦品系与正常小麦品系的产量没有差别,但是在盐分胁迫环境中,耐盐小麦则能将产量提高25%。
事实上,早在2010年,我国科学家就对植物生存性能作了改变,以适应土壤盐碱化的生长条件。华东师范大学夏涛教授带领的课题组,通过基因改组技术创造了一种新的“钠氢逆向转运蛋白”,转入并表达这种新基因的植物,能够在高盐环境下正常生长。
数据显示,这种新创造的“钠氢逆向转运蛋白”转运盐分的能力比野生的“钠氢逆向转运蛋白”提高了约1倍。科研人员还将该基因植入了拟南芥中,结果发现拟南芥在盐碱环境中的生存能力大大提高。
而现在这项最新的研究,将有助于改善全球目前仅6%的地方能种植小麦这一问题,日后,许多高盐地区亦能种植耐盐小麦,可以说是经济价值与研究意义兼具。另一方面,澳大利亚的伊曼纽尔?德尔海兹和美国康奈尔大学的植物生理学家利昂?科其恩的最新发现则有望让人们在全球30%的酸性土壤中种植农作物成为可能。
科学家们厘清了转运蛋白控制这一过程的机制,从而使植物根部能耐受有毒的铝。他们表示,通过对农作物进行遗传学处理,可以去除铝离子的毒性,这将有助于现在无法利用的或者贫瘠的酸性土壤“变身”为肥沃的农田,为人类产出更多可以作为食物和生物燃料的农作物。
此外,他们还发现了植物和共生的土壤真菌中存在着一些使植物能更有效地吸取磷酸盐和氮肥的转运蛋白。该研究的领导者、美国加州大学圣地亚哥分校的生物教授朱利安·施罗德表示,最近这些与植物转运蛋白有关的生物学研究有望使得人们获得更好的农作物品种,它们在严苛的环境下可以表现得更好,且更有营养。