藜麥和類似的高抗逆性植物表面有獨特的氣球狀結構，它被稱為”膀胱”（bladders）。127 年來，人們一直認為這些膀胱有助於植物抵禦乾旱和鹽鹼環境。然而，哥本哈根大學最近的研究推翻了這個理論。這些所謂的膀胱細胞其實有完全不同的重要功能。這項發現使人們有可能培育出生命力更加頑強的藜麥植物，從而在全球範圍內更廣泛地種植這種永續作物。

哥本哈根大學的研究人員推翻了人們對藜麥膀胱細胞的長期看法。膀胱細胞最初被認為是為了提高耐旱性和耐鹽性，但實際上它們能抵禦病蟲害，這為培育更強壯、更有韌性的藜麥品種提供了新的思維。上圖為顯微鏡下的表皮膀胱細胞。圖片來源：哥本哈根大學

透過顯微鏡觀察，它就像一個水球。或者是一件玻璃藝術品。但它只是一個所謂的膀胱細胞。如果你想知道它的用途，你不會是第一個。127 年來，即使是最聰明的植物生物學專家也認為，覆蓋在一系列耐寒植物的葉子、花簇和莖上的充滿液體的膀胱與它們現在的樣子完全不同。

害蟲（薊馬）攻擊沒有膀胱細胞的藜麥植物的影片。資料來源：哥本哈根大學

這項發現要歸功於哥本哈根大學的一項新研究，它完全違背了研究人員的預期。這項新發現或許可以用來擴大這種營養豐富、氣候適應性強的作物的種植範圍。

「藜麥一直被吹捧為一種面向未來的作物，因為它富含蛋白質，對乾旱和鹽分以及氣候變遷具有很強的耐受性。科學家認為，藜麥耐旱的秘密在於植物表面的許多表皮膀胱細胞。在此之前，人們一直認為表皮膀胱細胞的作用是儲存鹽分和水分。」植物與環境科學系的邁克爾-帕爾姆格倫教授說：”但事實並非如此，我們有強有力的證據證明這一點。”

抵禦害蟲的屏障

三年前，由博士生馬克斯-穆格（Max Moog）和他的導師邁克爾-帕爾姆格倫（Michael Palmgren）領導的研究小組開始以前所未有的方式研究藜麥植物的表皮膀胱細胞。他們希望了解這種植物抵抗鹽分和乾旱的機制。

為此，研究人員培育了沒有膀胱細胞的突變植株，將它們對鹽和乾旱的反應與長滿膀胱細胞的野生藜麥植株進行比較。

研究人員驚訝地發現，膀胱細胞對植物耐鹽和耐旱的能力沒有任何正面影響。相反，它們似乎削弱了耐受性。相反，膀胱細胞起到了抵禦病蟲害的作用。

藜麥植物多汁的嫩芽上佈滿了小膀胱（左圖）。右邊是完全沒有膀胱細胞的突變植株。藍色箭頭指向薊馬–一種嚴重危害藜麥的小昆蟲，突變體受到的危害更為嚴重。圖片來源：哥本哈根大學

「無論我們將鹽水澆在沒有膀胱細胞的突變植株上，還是將它們暴露在乾旱環境中，它們的表現都非常出色，出乎意料。因此，有些地方出了問題。另一方面，我們可以看到它們被大量的小昆蟲侵擾–這與覆蓋著膀胱細胞的植物不同。這時我才意識到，膀胱細胞一定具有完全不同的功能。”馬克斯-穆格（Max Moog）說，他現在是植物與環境科學系的博士後，也是這項研究的第一作者，研究成果發表在《當代生物學》（Current Biology）雜誌。

當研究人員分析隱藏在膀胱細胞內的物質時，他們並沒有發現預期的鹽分–儘管他們在植物中添加了額外的鹽分。相反，他們發現了能驅趕入侵者的化合物。

“我們發現，膀胱細胞既是抵禦飢餓害蟲的物理屏障，也是化學屏障。當微小的昆蟲和蟎蟲在佈滿膀胱細胞的植物上跋涉時，它們根本無法接近它們最感興趣的多汁綠芽。一旦它們試圖咬破膀胱細胞，就會發現裡面的東西對它們有毒，」麥可-帕爾姆格倫說。

許多藜麥品種的表面都佈滿了膀胱，看起來就像莖幹上的小氣球。圖片來源：哥本哈根大學

藜麥的表皮膀胱細胞中含有草酸，這是一種在大黃中也能找到的化合物，對害蟲來說是一種致命的毒藥。實驗也證明，膀胱細胞甚至能保護藜麥免受植物中最常見的細菌性疾病之一–丁香假單胞菌的侵害。這可能是因為膀胱細胞部分覆蓋了植物葉片上的氣孔，而氣孔是許多細菌入侵者的進入點。

馬克斯-穆格說：”我們的假設是，這些膀胱細胞還能抵禦其他植物病害，如霜霉病，這是一種嚴重限制藜麥產量的真菌病害。”

超耐受性”超級藜麥”的關鍵

這種南美洲作物有數千個品種，植物表面膀胱細胞的密度也因品種而異。但有許多證據表明，密度決定了膀胱細胞的保護作用有多大。

害蟲（薊馬）試圖攻擊藜麥植株的影片。資料來源：哥本哈根大學

「膀胱細胞密度較高的藜麥品種很可能更能抵禦病蟲害。另一方面，它們對鹽和乾旱的耐受力可能稍差。反之亦然。這些差異並不能改變藜麥通常非常耐鹽和耐旱的事實。”馬克斯-穆格接著說：”但除了膀胱細胞之外，還必須在其他地方找到原因。由於世界各地都在努力擴大藜麥的種植，新知識可以用來使作物適應不同地區的條件。例如，南歐非常乾旱，而在北歐，蟲害是比乾旱更大的問題。在北歐，關注膀胱細胞密集的藜麥品種是有意義的”。

麥可-帕爾姆格倫認為，新成果為如何相對容易地培育出《超級藜麥》提供了一個具體的方法：

「到目前為止，這些膀胱細胞在藜麥育種中一直被忽視。如果你想要一種對病蟲害具有超強抵抗力，同時又能耐鹽鹼和乾旱的作物，你可以選擇培育膀胱細胞密集覆蓋的品種。因此，我們現在可能有了一種工具，可以通過雜交育種獲得耐受性更強的’超級藜麥’。”

哥本哈根大學的邁克爾-帕爾姆格倫和馬克斯-穆格。資料來源：哥本哈根大學

研究成果為我們對藜麥的了解增添了新的維度。到目前為止，人們對這種植物如何抵禦敵害生物的攻擊知之甚少。

「現在我們知道，藜麥不僅能承受乾旱和鹽分等非生物壓力，還能承受害蟲和病原菌等生物影響。同時，我們還發現了這些外形奇特的膀胱細胞的秘密。」教授總結說：」這項研究就是一個例子，說明了既定的事實並不總是真實的。”

編譯來源：ScitechDaily