PAGE1 / NUMPAGES1 植物衰老与作物增产和品质改良 植物衰老与作物增产和品质改良 ——香山科学会议第351次学术讨论会综述 植物衰老是一个与植株年龄相关的,在细胞、组织、器官及整体水平上的衰退过程,并最终导致植物体的死亡或生命周期的终结。植物衰老是一个主动的生理过程,大量的衰老相关基因(senescence-associatedgenes,SAGs)表达水平增加,参与衰老过程的调节和控制。衰老过程中生物大分子降解产物、矿质营养元素等组分 由衰老组织向种子或幼嫩的初生组织和器官主动转运。 延缓衰老与农作物增产及品质改良密切相关。对于粮食作物和多数经济作物来说,伴随着产量器官的发育和品质性状的逐渐形成,功能叶片中的同化产物和衰老叶片中积累的营养物质源源不断地向产量器官转运。作物过早衰老必定影响产品产量和品质。水稻生育后期叶片过早衰老,导致同化能力降低,制约着水稻产量的进 一步提高。小麦籽粒产量的30~50%来源于旗叶的光合作用。小麦旗叶的衰老与其籽粒形成和灌浆成熟同步进行,旗叶的过早衰老会严重影响小麦产量,而推迟旗叶衰老的发生、延缓其衰老的进程可以显著提高小麦产量并改善籽粒品质。据在主要作物(水稻、小麦、玉米,大豆、棉花)上的估算,后期叶片的功能期每增加一天,产量可增加1~10%。绿叶类作物的叶片衰老进程不仅影响到产量和品质等要素的形成,而且还会直接地影响到采收产量、采后品质和货架寿命。研究证明,采收阶段 及采后期间,由于叶片衰老及随后的腐败所导致的产量损失可达到生物产量的20-50%。对于花卉植物而言,叶片和花器官的衰老进程直接影响到其观赏价值和销售价格。特别是鲜切花和许多名贵花卉,延缓其衰老不仅能够直接提高其观赏价值、市场价格,还能够增加其销售半径。综上所述,改善植物的衰老进程几乎可以影响到所有主要作物的产量和品质;而且少数甚至个别关键基因即可以显著地调控这一 进程。 近年来在模式植物上的分子生物学研究虽然揭示了一些叶片衰老进程和叶绿素降解调控的关键因子,但是对叶片衰老进程的调控机理还知之甚少,而对叶片衰老进程与作物产量和品质性状的协同调控机理则了解得更少。 2009年6月2~3日在北京召开了以“植物衰老与作物增产和品质改良”为主题的香山科学会议第351次学术讨论会。会议聘请许智宏研究员、陈晓亚研究员、甘苏生教授担任执行主席。来自全国17个单位的30余位与植物衰老研究领域相关的专家学者以及农学、遗传育 种学家参加了会议。 许智宏研究员作了题为“植物衰老与作物增产和品质改良”的主题评述报告。 他在报告中指出植物衰老研究是我国当前国家重大战略发展的需求。农作物遗传改良的永恒主题就是一要提高和稳定粮食产量,二要改善粮食的品质。然而,就产量性状的改良而言,目前的杂交育种和杂种优势利用等主流育种技术所能发掘的产量潜力已经或正在逼近一个平台。他在报告中综述了当今植物衰老研究的最新进展及研究战略制高点。关于植物衰老研究他提出了一些科学问题: 1、植物叶片衰老程序启动调控机理的研究。植物衰老作为一种程序化死亡(Programmed cell death,PCD),由多种信号传导途径组成的信息网络所调控,决定植物启动PCD的原初信号分子或事件为何? 2、植物衰老调控机制在细胞水平,器官水平和整体水平的差异和共性是什么? 3、目前已知的SAGs有800多个,如何利用系统生物学的观点和手段,综合研究它们的功能和调控机理? 4、主要作物衰老与产量和品质要素性状形成之间关系如何? 会上14位专家分别就叶片衰老进程的分子与生化调控机制、叶片衰老的激素调控及信号转导及花卉果蔬采后衰老与保鲜三个中心议题作了报告,全体与会专家畅 所欲言,进行了热烈讨论。 一、叶片(绿色器官)衰老进程的分子与生化调控机理 叶片衰老是由特殊发育信号通过一定的信号传导路径来启动和控制。衰老程序如何启动、衰老信号如何传递、衰老进程如何控制,是植物叶片衰老调控的分子机 理研究中的焦点问题。 “叶片衰老进程中叶绿素降解的遗传调控机理”的评述报告,以非功能型滞绿(stay-green)突变体为突破点,目前已经从拟南芥、水稻等物种上克隆出了同一个调控衰老进程中叶绿素降解的关键因子: NYE1或者SGR。该因子的变异或表达量的改变直接导致了许多物种上的滞绿表型,包括孟德尔豌豆的绿粒性状。但该因子只调控衰老进程中叶绿素的降解,与衰老进程本身和光合功能的衰退没有明显的联系。借助于反向遗传学和生物信息学的分析,新近鉴别出了真正的调控衰老进程中叶绿素降解的叶绿素酶基因。该酶基因的发现颠覆了以往构建的叶绿素降解生化途 径,即叶绿素降解的第一步是脱镁,而不是脱植醇。 “植物叶片衰老调控的分子机理”专题发言,对其研究进展进行了广泛深入地评述。叶片的发育状态和年龄是叶片衰老程序启动的基本信号
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