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世界上下一个“奇迹”大米可以在PH中种植

2014年11月28日上午11:30发布
更新于2014年11月28日上午11:30

LOS BANOS,Philipines - 在Laguna的LosBaños的一个屏幕房屋里,一名年轻女子在黑色托盘中种植了数百种绿色狐尾草种子。

每批种子都有自己的小盒子,就像需要自己房间的不稳定的孩子一样。 种子长成幼草后,将托盘放入二氧化碳(CO2)室,空气中的二氧化碳浓度将降至百万分之15(ppm),低于正常的390 ppm。

然后科学家将等待一些草开始死亡。 它们的降解在肉眼看不到,而是通过显微镜看到。 然后将检测垂死的植物中当二氧化碳水平降低时“关闭”的基因。

C4水稻项目的科学家需要找到某些基因,这些基因将使水稻,小麦和其他所谓的C3作物变得更像玉米,高粱,甘蔗和绿色狗尾草 - 所有C4作物。

具体而言,他们希望C4作物的光合作用过程能够在C3作物中发挥作用。 通过这样做,世界可以避免迅速变化的气候带来的即将到来的全球饥荒。

C4大米,或具有C4作物光合作用的水稻,正被定位为下一个“奇迹”大米。

全世界有100多名科学家和20个实验室为该项目做出了贡献。 所有努力都得到了洛杉矶国际水稻研究所(IRRI)的协调。

艰巨。研究人员必须分析诱变幼苗的细胞系和细胞系以寻找合适的基因

艰巨。 研究人员必须分析诱变幼苗的细胞系和细胞系以寻找合适的基因

气候引发的饥荒

到2050年,这个星球将有 。 不幸的是,世界人口的增加并没有增加种植粮食作物如稻米,小麦和马铃薯的土地面积。

绘制更加的事实是,像大米这样的粮食作物对全球变暖带来的气温升高特别敏感。

在菲律宾,夜间温度每升高1度就可以 。

简而言之,没有奇迹,世界可能会在2050年挨饿。至少,我们可以预期食物会变得非常昂贵。

“到2050年,我们至少还需要比我们今天在全球生产的食物多15%的食物。这已经过去了35年。这意味着我们需要将食物产量每年提高1.5%至2%。如果我们看一下我们目前正在取得的改善速度,我们远不及那个,“C4水稻项目负责人Paul Quick博士说。

C4大米可以大大提高粮食供应所需的粮食生产率,以应对不断增长的人口。

C4水稻预计将使水稻产量增加50%。 与非C4大米相比,它还需要更少的水和肥料,减少了农民通常用于收获的灌溉和其他昂贵投入的需求。

简而言之,这是稻米革命。

米饭就像玉米一样

C4大米能够通过复制玉米,高粱和甘蔗等C4作物的光合作用来完成所有这些工作。

该项目旨在“重新设计水稻的光合作用过程,使其更有效”,快速告诉拉普勒。

快速解释说,像水稻和小麦这样的C3植物一直在利用光合作用过程来固定有限量的二氧化碳,从而产生有限量的糖,这些糖在植物周围循环,最终影响植物的产量。

比较。 C4和C3植物具有不同的光合作用过程。图片由Paul Quick / C4 Rice Project提供

比较。 C4和C3植物具有不同的光合作用过程。 图片由Paul Quick / C4 Rice Project提供

这是因为存在于C3植物中的酶rubisco永远不能适应目前的大气条件,其中CO2水平远低于2000万至3000万年前的水平。

因此,rubisco现在会出错,固定氧气而不是二氧化碳,并且由于空气中二氧化碳的量减少而以最大速度的一半运行。

但是,C4植物已经发展出一种新的光合作用机制,这种机制更快,错误更少。 他们没有使用一个细胞进行光合作用,而是有两个细胞来完成这项工作。

一个细胞,即叶肉细胞,充当“二氧化碳浓度泵”,释放多达3,000ppm的二氧化碳,供植物使用。

二氧化碳越多,植物周围分布的糖越多,植物的产量就越高。

Quick表示,虽然之前的研究主要集中在使米粒生长更快,但C4米项目采用了不同的方法。

“并不是因为它们不能快速生长,只是它们没有足够的材料来生长。因此,通过使光合作用更快,它可以为婴儿提供更多的食物,从而使婴儿生长得更快。”

'阿波罗'项目

但它并不像听起来那么容易。 C4 Rice项目被称为“阿波罗”项目是有原因的。

表达。将分析C4植物绿色狐尾草(sateria)的托盘以表达C4水稻的期望性状

表达。 将分析C4植物绿色狐尾草(sateria)的托盘以表达C4水稻的期望性状

改变水稻光合作用的方式意味着将新的生化途径引入水稻并改变其解剖结构。

为此,C4 Rice Consortium的科学家们正在寻找可以催化C4光合作用过程各个步骤的酶。 他们从玉米中获取大部分这些酶。 然后将各种酶分离并插入稻中。

快速说他们在生物化学途径方面取得了重大进展。 到目前为止,他们已将5种生化酶引入水稻。

棘手的部分是改变水稻植物叶片的解剖结构,在那里进行光合作用。

“你需要一个非常精确的细胞组织,”Quick说。

“你需要在静脉旁边的发动机旁边放一个涡轮增压器......静脉必须靠得更近,只有两个叶肉细胞,更多的脊。我们不知道该怎么做。”

所以科学家正在做的是学习植物如何制作叶脉。 观察叶片的早期发育可能会使它们更接近改变它的解剖结构。

因此,如果大米如此彻底改变,C4大米仍然是大米吗?

是的,快说。 它的谷物仍然是相同的,但希望比非C4大米更丰富。 他说,唯一可见的变化可能是水稻植物的叶子会有更多的脊。

变大米。水稻植物叶子(右)的横截面显示其中存在的叶肉细胞,就像在玉米叶中一样(左)。图片由Paul Quick / C4 Rice Project提供

变大米。 水稻植物叶子(右)的横截面显示其中存在的叶肉细胞,就像在玉米叶中一样(左)。 图片由Paul Quick / C4 Rice Project提供

在这个阶段,C4大米可能是一种转基因生物或转基因生物,这一概念仍然受到绿色和平组织等一些环保组织的 。

但由于对粮食安全的威胁如此之大,C4大米可能是一个值得探索的选择。 (阅读: )

“每个人都在不同的领域尽力而为,我们认为C4只是提高大米产量的另一个领域。如果我们在2050年不发生大规模饥荒,每个人都必须努力做到这一点。我们追求的领域越多,我们有更大的成功机会,“快说。

C4水稻项目于2008年开始,由比尔和梅林达盖茨基金会和英国政府提供资助,可能需要10至15年才能完成。

该团队需要时间和运气,因为最大的挑战是发现可以将水稻变成C4作物的正确基因。

要做到这一点,其他屏幕房屋的其他科学家将不得不分析数百和数百个黑色托盘中的幼苗,希望找到能够发挥重要作用的基因。 - Rappler.com