母株告訴種子何時發芽

親代傳遞近期溫度的“記憶”,為種子迎接即將到來的春季天氣做好準備

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母親最瞭解——即使“母親”是一株植物。一項新的研究表明,一種常見的開花植物——擬南芥(Arabidopsis),會將其近期溫度的“記憶”傳遞給種子,以便為迎接即將到來的春季天氣條件做好準備。

在英國諾里奇的作物遺傳學家進行的一項實驗中,暴露在較暖溫度下的擬南芥植株產生的種子比暴露在較冷溫度下的植株發芽更快——即使較暖的溫度發生在親代植物結出種子前幾周。約翰·英納斯中心(John Innes Center)、約克大學(University of York)和埃克塞特大學(University of Exeter)等獨立植物研究機構的研究人員將這種差異追溯到一種參與開花的蛋白質。在寒冷的天氣中,蛋白質水平促使母株在其果實中產生更多的單寧。單寧是一種使種皮變硬的化合物,因此較高的單寧含量會使種皮更難被幼苗突破,從而延遲發芽。“母親決定種皮有多難掙脫,這樣她就能控制種子做什麼,”約翰·英納斯中心的遺傳學家、該研究的共同作者史蒂文·彭菲爾德(Steven Penfield)說。該研究發表在《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences USA)上。在溫暖的天氣中,親代植株會調整蛋白質水平,以確保其後代立即發芽,從而利用熱量。

彭菲爾德指出,這項發現引起了科學家和農業公司的興趣。隨著氣候變化改變了許多植物物種的發芽時間,他的團隊的研究表明,修改參與季節感知的基因可能會改變種子發芽的時間,而無需考慮外部天氣。


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誘導植物放棄對其種子發芽時間的控制可能是在確保食物持續生長方面邁出的關鍵一步,加州大學戴維斯分校的農業研究員肯特·布拉德福德(Kent Bradford)說,他渴望瞭解萵苣是否也有類似的調節發芽過程。“我們正試圖讓這些種群適應我們預計在 10 年或 20 年後將要出現的環境。”

莎拉·萊溫·弗雷澤(Sarah Lewin Frasier)大眾科學的高階新聞編輯。她計劃、安排和編輯月刊雜誌的“進展”版塊,並編輯線上新聞。在 2019 年加入大眾科學之前,她曾在 Space.com 擔任副編輯,記錄了人類探索星空的旅程。(更早之前,她曾在大眾科學擔任印刷實習生。)弗雷澤擁有布朗大學的數學學士學位和紐約大學科學、健康與環境報道專案的文學碩士學位。她喜歡音樂劇和數學摺紙。

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大眾科學雜誌 第312卷 第5期本文最初以“萌發的文化”為標題發表於大眾科學雜誌 第312卷 第5期(),第26頁
doi:10.1038/scientificamerican0515-26
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