本報訊（記者 任朝霞）上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院張大兵和梁婉琪教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合丹麥哥本哈根大學(xué)教授團(tuán)隊(duì)、英國諾丁漢大學(xué)教授團(tuán)隊(duì)最新研究成果，首次揭示了植物根系利用工程學(xué)原理適應(yīng)板結(jié)土壤：通過主動響應(yīng)積累的乙烯，精細(xì)調(diào)控細(xì)胞壁厚度，從而促進(jìn)根系增粗，提高穿透能力以適應(yīng)土壤板結(jié)。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《自然》雜志上。

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，土壤板結(jié)已成為全球性問題。統(tǒng)計結(jié)果顯示，土壤板結(jié)疊加干旱脅迫導(dǎo)致的減產(chǎn)可高達(dá)75%。因此，需要人工培育根系穿透能力強(qiáng)的作物品種來“協(xié)助”植物突圍板結(jié)土壤，保證糧食產(chǎn)量。

纖維素是植物細(xì)胞壁的“鋼筋”，通常被認(rèn)為越多越強(qiáng)壯。該研究團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)卻顛覆了這一認(rèn)知：當(dāng)用低濃度纖維素合成抑制劑處理水稻時，根系在板結(jié)土壤中的穿透能力不降反升。為了驗(yàn)證這一反?，F(xiàn)象，團(tuán)隊(duì)利用基因編輯技術(shù)敲除了纖維素合成酶基因OsCESA6，獲得cesa6突變體。CT成像顯示，cesa6突變體在板結(jié)土壤中比正常水稻穿透力更強(qiáng)，且這種“超能力”僅在板結(jié)條件下顯現(xiàn)。這揭示了纖維素合成的精密調(diào)控是影響植物根穿透板結(jié)土壤的關(guān)鍵因素。

研究團(tuán)隊(duì)首次揭示了水稻根系應(yīng)對板結(jié)土壤的精妙策略——“厚表皮—薄皮層”模型。育種家可以像工程師設(shè)計建筑那樣，精準(zhǔn)調(diào)控不同細(xì)胞層的細(xì)胞壁特性，培育出具有最優(yōu)土壤穿透能力的根系，從而緩解農(nóng)業(yè)機(jī)械化帶來的土壤板結(jié)問題，更好地應(yīng)對氣候變化導(dǎo)致的土壤退化挑戰(zhàn)。