对植物细胞的新认识

在美国国家科学院期刊《PNASNexus》上发表的一篇论文中，由内布拉斯加州的JosephTurner和SedigheKeynia领导的研究与宾夕法尼亚州立大学的CharlesT.Anderson团队合作，能够量化使用一种新方法的细胞。

在纳米工程研究核心设施中，研究小组研究了拟南芥，一种芥菜科杂草，也称为拟南芥。它也是第一个基因组被完全测序的植物。但是，特纳说，人们对其控制气体交换(光合作用的重要组成部分)的气孔机械过程知之甚少。

“这是对(气孔)机械行为的一个很大的猜测，”机械和材料工程学教授罗伯特·W·布莱特费尔特特纳说。“这项研究最令人兴奋的部分是，我们第一次能够捕捉平面内的造口过程。这是以前没有人测量过的。”

Keynia于2023年8月从内布拉斯加州获得机械工程博士学位，她将纳米压痕仪的尖端插入保卫室，并能够垂直和横向移动它。特纳说，这使得可以在各个方向进行测量，这证明了研究的重大突破，并为比较植物奠定了基础。

特纳说，结果显示了气孔过程，并可以与草的气孔过程进行比较，其中许多草的气孔过程运行得更快。

美国国家科学基金会提供的一项新的三年资助将使宾夕法尼亚州立大学研究人员领导的团队能够更仔细地检查不同植物中气孔的物理差异，并量化某些植物以更快的速度和/或效率表现的原因。

特纳说，这可能会带来更大的好处。

“有些植物的反应速度要快得多，但我们不知道这是否是因为机械性能、材料不同，或者是植物的几何形状，”特纳说。“如果我们能够深入研究遗传学，那么我们就有可能改造作物，使它们更有可能在更复杂或更困难的条件下生存。”

该团队将操纵一种草类——二穗短柄草(Brachypodiumdistachyon)，它被认为是大多数主要谷物物种的近亲。

与拟南芥不同，拟南芥只有两个保卫细胞，可以打开和关闭细胞内的气孔，而大多数草类都有四细胞气孔复合体——哑铃形保卫细胞，两侧是圆形辅助细胞。保卫细胞以“跷跷板”方式打开和关闭，以响应植物环境的变化。

特纳说：“这些方法将产生计算模型，预测如何进一步优化气孔功能，以提高作物产量、用水效率和碳减少。”“这可能意味着为所有生物提供更多的食物和水，并且对地球的影响更小。”