未来生命力最强的植物(植物是如何呼吸的)

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绿色植物在我们的地球上可以说随处可见,它们点缀着我们的生活,为我们提供源源不断的氧气,因此它们成为了地球生态系统中重要的组成部分。但是,关于植物的很多细节,很多人却知之甚少,比如为什么植物大多数都是绿色的?植物有没有呼吸?它们又是如何呼吸的?

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未来生命力最强的植物(植物是如何呼吸的)(1)

叶子的气孔

最近,一个来自谢菲尔德大学的科学家团队发现了植物是如何建立空气通道网络的,它们通过叶子将二氧化碳输送到植物细胞之中。

自19世纪以来,植物学家们就已经知道叶子有毛孔(科学家们称之为气孔),并且在植物内部包含复杂的空气通道网络。但是直到现在为止,人们还是不明白空气通道是如何在正确的位置形成的。如果没有在正确的位置形成空气通道,二氧化碳将无法源源不断的到达每个植物细胞。

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植物叶子

在此项研究中,研究人员使用了基因操纵技术,它们发现植物叶子气孔越多,形成的空域就越多。这些通道的作用类似于细支气管(细支气管是将把空气输送到人和动物肺部的交换表面的微小通道)。二氧化碳通过气孔的运动最有可能决定所谓的空气通道网络的形状和规模。

这一发现标志着人类对植物叶子内部结构的理解向前迈出了一大步,同时对植物组织的功能如何影响它们的生长有了更深的理解,这可能会在进化生物学等领域产生超出植物生物学的影响。

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小麦

这项研究还表明,小麦在经过数代人的培育和改良以后,它们的叶子上的毛孔变少,因此空气通道也变少,这使得它们的叶子更加浓密,并且可以在更少水分的环境下生长。

新的发现突显了科学家们通过改变植物叶子的内部结构,使小麦等农作物较少了对水分的依赖。研究可持续食品方面的科学家已经成功的利用这种方法,培育出环境适应能力较强的水稻和小麦,它们能够在极端干旱条件下生存。

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抗旱农作物

研究人员介绍说:到目前为止,植物形成错综复杂的空气通道的方式对植物科学家来说仍然让人感到惊讶而且神秘。空气在植物叶子内部的独特运动方式,对我们思考植物进化的方式有着积极影响。

可以说是无意间,人类在培育抗旱能力强的小麦的过程中,影响了它们呼吸的方式。我们可以将目标瞄准植物内部的空气通道网络,开发出能在更恶劣和干旱条件下都能生存的农作物。

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气孔的发育和叶片内空气网络的发展是相互协调的

科学家们长期以来一直认为气孔的发育和叶片内空气网络的发展是相互协调的。但是是气孔的发育促进了空气网络的发展,还是空气网络的发展促进了气孔的发育,一直没有定论,这个问题类似于是先有鸡还是先有蛋。

为了解答这个问题,科学家们对叶子结构大不相同的多种植物进行了基于X射线的CT图像分析。它们发现气孔的发展引发了植物内部空气通道的扩展,进一步证明了气孔需要更多的交换气体才能使空气通道实现扩展。

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CT成像技术在植物研究中得到深层次应用

这一发现,归功于X射线的CT图像分析在植物研究中的应用。在此之前,这项技术更多的用于植物根部的研究,因为它们都埋藏在土壤之中。使用这一技术,科学家建立了可视化的植物叶子细胞结构3D模型,从而细致的观察叶子内部复杂的空气通道网络如何控制植物的行为表现。

总结:植物通过叶子的气孔将二氧化碳输送到植物细胞;叶子气孔越多,形成的空域就越多,这些类似于任何动物的细支气管;通过对叶子内部结构的改造,将能培育出更抗旱的农作物;研究成果归功于CT成像技术在植物研究中的深层次应用。

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