机智如高粱,“实力”躲麻雀

作者: 吴耀荣

来源: 中国科学院遗传与发育生物学研究所

发布日期: 2020-01-09 07:30:00

本文介绍了甜高粱的特性及其在农业中的应用,特别是其抗逆性和生物量高的特点。同时,文章探讨了甜高粱与麻雀之间的相互作用,通过科学研究揭示了高粱如何通过调节单宁含量来防御麻雀啄食,为农业鸟害防治提供了新的解决方案。

甜高粱,也叫芦稷、甜秆或糖高粱。它的主要的特征,就是“甜”。它的茎秆中液汁高含糖量与甘蔗相当,比甜菜还要高。甜高粱还是世界上生物量最高的作物之一,具有很强的再生能力和强大的杂种优势。它的抗逆性强:抗病、抗旱、耐高温、耐涝和耐盐碱等,被誉为“作物中的骆驼”。可以说,甜高粱全身都是宝,它的籽粒可酿酒、食用、饲用;茎秆可用做饲料、制糖、提炼酒精等;杆渣还可制纸和人造纤维等。

甜高粱中含有“涩涩的”单宁,而与玉米、小麦和水稻等主要谷类作物最为不同的地方,就是甜高粱的种皮中含有浓缩的单宁。对于单宁这个物质,相信大家一定不会陌生。红酒中通常带着涩涩的感觉,就是因为有单宁的存在。单宁广泛存在于整个植物界,具有多种生物和生化功能,如防止食草动物捕食以及细菌和真菌的致病性攻击。

麻雀与甜高粱之间的“斗智斗勇”。甜高粱的优良特性,已经引起了各国科学家的关注,大家相继开展了甜高粱的研究与种质资源的开发。然而,在甜高粱制种的过程中,人们遇到了颇为头痛的问题,就是从灌浆期到成熟期,大量麻雀迁飞到农田中啄食籽粒,使籽粒破损并发霉,同时传播各种病虫害,造成不同程度的减产。有数据显示,鸟害能使高粱减产超过50%以上。能否解决这一问题直接关系到甜高粱的种子生产及大面积的推广应用。

甜高粱通过调节自身单宁含量及降低“香味”的散发,从而躲避和防御麻雀。

日前,中国科学院遗传与发育生物学研究所研究团队与中国科学院动物研究所、清华大学等机构的科研人员合作,于国际学术期刊《细胞》子刊《分子植物》在线发表题为Control of Bird Feeding Behavior by Tannin1 through Modulating the Biosynthesis of Polyphenols and Fatty Acid-Derived Volatiles in Sorghum的研究论文,揭晓了麻雀对不同高粱品种“挑食”的现象,从而成功揭开鸟类挑食这一神秘冰山的一角。

研究人员首先通过对两个不同的自然群体同时进行多次重复鸟吃或不吃的表型调查,利用全基因组关联分析检测到一个单主效位点Tannin1基因,该基因控制单宁的合成,同时也发现了单宁含量与高粱抗鸟呈极显著相关性。该研究揭示,高粱通过Tannin1差异调控单宁合成以及脂肪酸来源的挥发物合成高含量的单宁和低浓度的、有香味的挥发物,进而躲避和防御麻雀。

此研究既为培育高粱抗鸟新品种提供了重要的基因资源,同时也为利用单宁设计开发新型绿色农药来防治农业鸟害提供了全新的解决方案。

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