耐热性：科学家确定番茄耐热的关键阶段

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通过研究在异常炎热的生长季节结果的番茄品种，布朗大学的生物学家确定了番茄最容易受到极端高温影响的生长周期阶段，以及使植物更耐热的分子机制。
研究人员表示，这一发现已在《当代生物学》杂志上发表，可能为在气候不稳定的情况下保护粮食供应提供关键策略。研究指出，农业生产力特别容易受到气候变化的影响，预计季节性气温每升高 1 摄氏度，农作物产量就会下降 2.5% 至 16%。
布朗大学分子生物学、细胞生物学和生物化学研究助理、这项研究的作者索雷尔·V·伊姆加·奥昂卡普 (Sorel V. Yimga Ouonkap) 解释说，科学家们从进化中吸取了一些经验教训，以试验如何最好地加快番茄品种的适应过程。等待进化淘汰像亨氏这样的脆弱番茄品种，取而代之的是那些能够承受极端高温的品种，这需要很长时间，而这一过程也可能危及脆弱作物的商业价值。
“我们正试图从分子和细胞层面弄清楚体温调节，并确定我们需要改进的地方和方面，以便我们能够针对商业植物品种进行改进，并保留它们的一切，除了这个使它们易受极端高温影响的方面，”Ouonkap 说。“随着时间的推移，随着生长条件的不断变化，你可以开始积累不同的抵抗机制。”
布朗大学生物学教授、该研究的作者马克·约翰逊说，了解耐热性，即植物承受极端温度的能力，是解决气候适应问题的一个有前途的策略。
“想象一下，如果你能让亨氏番茄更能适应温度压力，同时又不影响番茄的风味或人们对番茄的体验，”约翰逊说。“那将是一个巨大的优势。”
植物繁殖：一个成熟的研究领域
多年来，植物繁殖阶段一直是约翰逊实验室的研究重点。约翰逊说，虽然科学文献包括了热应激如何影响植物生长或关键生殖结构发育的研究，但缺乏专门研究花粉在植物繁殖过程中落在柱头上后会发生什么的研究。
对于 Ouonkap 的论文项目，他专注于植物生殖周期的花粉管生长阶段。他研究了不同品种的番茄，这些番茄以在异常炎热的生长季节结出果实的能力而闻名。研究中的番茄品种原产于菲律宾、俄罗斯和墨西哥，均在布朗大学植物环境中心种植。
欧恩卡普与亚利桑那大学的科学家合作，研究了高温如何影响番茄花粉在花朵中生长的能力。他重点研究了在最佳温室条件下生长的番茄花粉在培养皿中暴露于高温时，基因表达如何变化。
该团队在亚利桑那州的合作伙伴发现，仅在花粉管生长阶段暴露在高温下，对热敏感的番茄品种的果实和种子产量的限制比对耐热的番茄品种的限制更大。重要的是，Ouonkap 发现，已知耐热的塔毛利帕斯番茄品种的花粉管在高温下生长得更快。他对这些番茄花粉管的分子分析使研究团队能够确定与耐热性相关的机制。
研究人员表示，西红柿是进行此类研究的理想生物。不同品种适应各种极端气候的能力为科学家提供了洞察物种对环境条件反应差异的见解。西红柿也是世界各地国家的重要经济作物，从地中海到埃及，从土耳其到加利福尼亚——其中一些国家最容易受到极端高温的影响。
既然现在已经确定了正确的分子机制，下一步就是确定使番茄在不同气候条件下生长的具体技术。约翰逊解释说，在一个假设的场景中，科学家可能会开发一种小分子，使植物中的花粉能够抵御热浪。
他说：“当天气预报显示花粉管生长阶段将出现两周的高温时，农民就会在植物上施用一种可以改变基因表达的产品，使花粉能够耐热。”
尽管这种类型的操纵在未来仍然遥远，但研究人员表示这一研究领域已经成熟，值得探索。