柳枝稷(柳枝稷草)

柳枝稷

在北美洛基山脉以东,北纬55°以南大草原上生长着一种多年生且光合效率高的草本植物——柳枝稷。因其土壤适应能力强,能够在干旱、寒冷、贫瘠等边际土壤生长,柳枝稷已经在中国、阿根廷、英国、印度、希腊和意大利等国家广泛引种,用于生态环境修复。

柳枝稷(柳枝稷草)

另外,柳枝稷还是一种优良的牧草和能源草作物,科学家正努力解析控制柳枝稷“身高”的分子调控途径,以期得到牧草产量高、绿色能源含量高的柳枝稷新品种。在动画片中,大力水手吃菠菜会变得高大强壮,那么,让植物变高的魔法又是什么呢?

柳枝稷在野外能够长到2米左右,亩产干草可达1.5-2吨。中国科学院青岛生物能源与过程研究所作物分子育种团队的研究人员发现,剪取柳枝稷一段茎节进行诱导愈伤,在组织培养过程中,出现了一株极其矮小,茎秆缺失,叶片变绿的突变体。因为植物激素是影响植物生长的重要因子,因此科研人员使用不同植物激素对该突变体进行了喷施。结果发现,喷施赤霉素能够使柳枝稷突变体的茎秆恢复正常生长。

柳枝稷草

多年生能饲草在生物能源与牧草饲料生产、边际土地利用与修复以及二氧化碳吸收与固定等方面具有重要的经济与生态效益。其中,柳枝稷属于禾本科黍属多年生C4高大草本植物,一次种植可生长10-12年、生物量高、分布范围广、种质资源丰富、抗逆性强。迄今为止,柳枝稷在京津冀地区、黑龙江、山东、宁夏回族自治区、新疆维吾尔自治区、内蒙古、陕西、江苏和四川等地均有种植,主要用于防风固沙、土壤荒漠化治理、盐碱地修复、牧草饲料与生物能源生产等。

多年来,中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员付春祥带领的能源作物分子育种研究组深耕柳枝稷理想株型的分子设计,设计和创制了多个分蘖数多、开花延迟、茎秆增粗的高产高品质柳枝稷种质新资源(FrontPlantSci.2022,13:834431;HorticRes.2021,8:252;BiotechnolBiofuels.2016,9:101)。株型直接关系柳枝稷的生长状态与抗倒伏能力,是决定其产量的主要农艺性状。而能源草与牧草的产量主要由单位面积的分蘖数与每个分蘖的生物量决定。其中,独角金内酯(Strigolactones,SLs)与miR156-SPL模块是控制禾本科植物分蘗形成的关键因子。之前,科学家在重要粮食作物水稻中建立了miR156-SPL模块介导独脚金内酯信号传导途径调控植物分蘖的分子模型。近日,该科研团队解析了miR156-SPL模块对独脚金内酯合成途径的影响,相关研究成果发表在《新植物学家》(NewPhytologist)上。

柳枝稷图片

陈翠霞说,十余年前,受石油价格上涨的影响,欧美发达国家纷纷投入大量资金研究可再生能源,木质纤维素作物如芒草、柳枝稷等成为研究重点。近期木质纤维素作物基因组成果频出,就是十多年来不间断研究的成效。

实际上,中国是芒属植物重要起源地之一。在中国,芒属植物分布广泛,并具有丰富的遗传多样性。陈翠霞说,正是我国丰富的种质资源为他们的研究工作奠定了坚实基础。

不过,“芒属植物自交不亲和,基因组庞大、高度杂合。这给其遗传学研究带来了极大的困难和挑战。”陈翠霞说,由于芒属植物基本都是野草,生物学、细胞学和遗传学特征的知识几乎为零,十多年来,他们对其的研究可谓“白手起家”。

“揭示芒属植物基因组密码,解析其进化历程,对于了解其遗传学基础、快速有效利用及创制新种质具有重要的理论意义和应用价值。”论文作者、山东农业大学教授张宪省说。