외부 동력도 없고, 소음도 없고, 육안으로도 보이지 않는' 펌프' 가 있다. 그것이 "일하는" 곳은 식물의 세포입니다. 운송하는 것도 특별하다. 식물이 흡수하는 염분이다. 과학자들은 그것에 아주 특별한 이름을 붙였다: Na+ (나트륨 이온) /H+ (수소 이온) 역수송 단백질.
산둥 사범대 조언수 교수와 장휘 교수가 이끄는 연구팀은 소금지 잿더미에서 이 단백질을 발견하고 이 단백질에서 나오는 Na+/H+ 역운송단백질 (SsNHX 1) 을 통제하는 전체 길이의 cDNA 를 분리했다. 이 발견은 천 년 동안 잠든 염분 개발에 새로운 희망을 가져왔다.
왜 잿더미가 짜요?
잿더미는 염분-알칼리 해변에서 가장 중요한 "고정 거주자" 입니다. 가을, 잿더미는 흰색 염분-알칼리 모래사장에서 유일한 밝은 색이다. 바닷물에서 자랄 수 있는 이 식물은 황하 삼각주의 취약한 생태계를 지탱하고 있다.
이전에는 잿더미는 토끼나 곤충의' 식량' 으로만 쓸 수 있었다. 기근 시기에 이재민도 그것으로 생존했다. 최근 몇 년 동안 나물이 대량으로 출시되어 잿더미가' 건강식품' 이 되었다.
잿더미는 독특한 맛이 있다: 소금이 없는 짠 맛. 일반인에게 쉽게 간과되는 이런 현상은 산둥 사범대학의 일부 연구원들에게 큰 과제가 되었다. 그들은 식물이 역경 속에서 어떻게 살아남는지 연구하여 경제적 가치를 지닌 작물 품종을 육성하기 위해 잿더미가 최고의 연구 대상이 되었다.
신선한 잿더미는 먹으면 소금 냄새가 나는데, 이는 잿더미 자체에 소금이 함유되어 있다는 것을 말해준다. 그런데 잿더미는 소금을 어디에 숨겼나요?
염분 토양이 대부분 척박한 이유는 토양에 염분이 너무 많기 때문이다. 일반 식물은 염분 토양에서 자라기 어렵다. 한 가지 설명은 이 식물들이 체내에 축적된 염분이 너무 높을 때 그들의 뿌리가 수분을 흡수하는 능력이 감소한다는 것이다. 물이 없으면 식물은 죽을 수밖에 없다.
식물은 세포로 구성되어 있다. 세포의 관점에서 볼 때, 토양의 소금 (주로 나트륨 이온) 농도가 너무 높으면 나트륨 이온은 식물의 세포막을 통해 저염 농도의 세포질에 자동으로 스며들어 세포질의 소금 농도를 높인다. 과도한 나트륨 이온은 세포질에서 효소의 활성에 영향을 주어 세포 대사난을 일으켜 식물이 시들어 죽게 한다. 이것이 바로 "소금 강압" 인데, 일명 소금 해라고 한다.
이에 따라 식물이 토양 염량에 얼마나 잘 적응하는지에 따라 식물을' 단토식물' 과' 염생식물' 으로 분류한다. 이 두 식물 사이에는 넘을 수 없는' 천연 장벽' 이 있는데, 일반적으로' 토양 염량 5‰' 로 여겨지는데, 이 장벽을 넘으면 단토식물은 생존할 수 없다.
염생 식물도 소금각초, 소금지알칼리, 해양식물 (예: 다시마) 과 같은 대가족이다. 둘 다 염생 식물이지만 내염성 메커니즘은 다르다. 해조류와 많은 육생 염생 식물의 메커니즘은 분비이다. 그것들은 체내에 흡수된 염분을 분비하기 때문에 세척한 후에도 맛이 여전히 담백하다.
소금 알칼리 봉은 독특한 메커니즘을 가지고 있다. 염분을 흡수하고, 심지어 염분을 개량하여 다른 식물의 생존과 번식을 위해 비교적 좋은 환경을 제공하고, 염분 생태계를 형성할 수 있다. 이 특성으로 인해 이 분야에 종사하는 사람들은 이를 염분-알칼리 개발에 종사하는' 선봉식물' 이라고 불렀지만, 그 전까지 그 독특한 메커니즘은 사람들에게 잘 알려지지 않았다.
세포의 구조는 달걀과 비슷하다. 세포벽은 달걀 껍질과 같고, 그 안에는 세포핵 (노른자) 과 세포질 (달걀 흰자) 이 있다. 세포질에는 세포질에 떠 있는 액포라는 기관이 있는데, 이 기관도 세포질에 떠 있지만 상대적으로 폐쇄되어 있으며, 그 기능은 저장실과 유사하여 세포질 내부의 균형을 조절하는 것과 같다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 세포질, 세포질, 세포질, 세포질, 세포질, 세포질, 세포질, 세포질) 세포질에 효소 활성에 영향을 미치는 여분의 것이 있다면 세포질의 효소 활성에 영향을 주지 않고 여기에 놓을 수 있다. 액포의 작용은 왕왕 사람들이 간과하고, 일반 코프 저작에서도 그에 대한 설명을 찾을 수 없다.
산둥 사범대학은 우리 성의 지속 가능한 발전 10 대 시범 프로젝트 중 하나이며, 장휘 교수는 "황하 삼각주 토지자원 종합 개발 이용 및 내염 해수 식물 규모화 생산 기술 연구 개발 시범" 수석 과학자이다. 그는 소금지 알칼리 봉의 소금은 세포의 액포에만 숨길 수 있으며, 다른 곳은 세포의 생명활동에 영향을 미칠 것이라고 추측했다.
그러나 문제는 또한 발생 합니다: 액체 거품에 저장 된 소금이 세포질의 다른 부분 보다 높은 경우, 무엇이 액체 거품에 소금 알칼리 봉의 지속적인 흡수를 전송할 수 있습니까?
펌프는 어떻게 작동합니까?
생명의 활동은 단백질의 운동이고, 단백질의 형성은 유전자에 의해 제어되며, 유전자는 단백질의 "디자이너" 이다. 따라서 소금지 알칼리 봉의 독특한 메커니즘을 설명하기 위해서는 유전자부터 시작해야 한다. 응용의 관점에서 볼 때, 이 독특한 유전자를 포착해야만 생명 공학을 이용하여 단토 작물을 개량하고 새로운 내염 식물을 재배할 수 있다.
그러나, 이 일의 난이도 사람을 무섭게 한다.
소금지 알칼리 봉에는 적어도 5 만 개의 유전자가 있다. 이렇게 복잡한 시스템에서 특정 유전자를 찾는 것은 의심할 여지 없이 바다에서 바늘 찾기이다. 가장 기초적인 투입에서 산둥 사범대학은 지방고교로서 과학연구 프로젝트에 대한 지원이 제한적이다. 즉, 그들의 프로젝트는 정부의 대대적인 지지를 받지 못했다는 것이다.
장휘는 "우리는 어리석은 일을 하고 있다. 클릭합니다
그러나 그들은 주저하지 않고 했다. 1999 년, 그들은 먼저 소금 알칼리 봉의 유전자 라이브러리를 구축하고 문고와 대규모 시퀀싱을 선별하기 시작했다. 한편 장권 등 연구팀은 인간, 효모, 의남 유전자 서열 등을 바탕으로 또 다른 PCR 전략을 설계했고, 결국 목적유전자인' NA+/H+역운송단백질 (SsNHX 1) 전체 길이의 cDNA' 를 복제하는 데 성공했다. 그들은 발견한 유전자를 유전자 은행에 등록하고 국가 발명 특허를 신청했다. 최근에,
주목할 만하게도, 기능 게놈 전략을 이용하여 식물의 새로운 항역 유전자를 발굴하는 것은 이미 국제적인 추세가 되어 국제 경쟁에 직면하고 있다. 투자가 보장되고 설비가 잘 갖춰진 동행에 비해 이 연구원들은 유리한 조건은 없지만 국제 최전방 수준에 도달하여 해외 동행과 어깨를 나란히 하고 있다. (윌리엄 셰익스피어, 윈스턴, 과학명언) (윌리엄 셰익스피어, 윈스턴, 과학명언) 사실, 그들은 일찍이 소금지 알칼리 봉의 이러한 유전자를 복제해 내염 작물 유전자 공학 육종에 쓰겠다는 생각을 제기했다. (윌리엄 셰익스피어, 염지, 염지, 알칼리성, 알칼리성, 유전 공학, 육종) 1999 년 6 월 국제세미나에서 과제팀 장휘 교수가 제출한 논문이 이런 생각을 소개했지만 8 월 미국 과학자 E? Blumwald 는 미국' 사이언스' 잡지에 공식 발표됐다. 의남 의남 Na+-H+ 역운송체의 코드화 유전자 AtNHX 1 을 과도하게 표현함으로써 내염성 유전자 변형 의남 의향에 대한 연구를 받았다. 이 진전은 과제 팀 구성원의 신뢰를 높였다. 2000 년 7 월, 그들은 이 유전자의 전체 길이 서열을 얻었는데, 이것은 사람들이 염생 식물에서 내염성 유전자를 분리하는 데 성공한 것은 이번이 처음이다. 200 1 년 5 월, 그들은 유전자의 기능 검증을 마치고 일련의 유전자 변형 작물에 대한 연구를 시작했다. 6 월에 그들은 국가특허국에 발명특허를 신청했고, 올해 8 월에는 국가특허가 그들의 신청을 공시했다.
이 유전자를 알게 된 후 염지 알칼리 봉의 체내에 숨어 있는 신기한 펌프의 메커니즘은 분명하다. 이 펌프는 세포질에서 나트륨 이온을 자기 몸에 흡착해 액포막을 통해 액포에 닿은 다음 나트륨 이온을 방출하는 수송 기능을 가진 단백질이다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 건강명언) 액포막은 세포막과는 달리 소금 등의 물질이 마음대로 드나드는 것을 허용하지 않으며, 운송단백질의 지도 하에서만 통과할 수 있다. 이런 식으로 액포의 나트륨 이온 농도는 높지만 세포질에서 나트륨 이온의 농도가 매우 낮다는 것을 보증한다. 세포의 생리대사 활동은 주로 세포질에서 진행되기 때문에 소금지 알칼리 봉은 소금에 해를 입지 않는다. 이 단백질은 저농도의 세포질에서 고농도의 액포로 소금을 운반한다. 마치 낮은 곳에서 높은 곳으로 물을 보내는 것과 같다. 과학자들은 이를' 양수' 라고 부른다.
이 유전자의 발견은 내염 식물을 재배하는 새로운 방법을 의미하며, 이 발견의 상업적 가치는 헤아릴 수 없다.
오랫동안 사람들은 내염성 가뭄에 저항하는 원예식물과 농작물을 재배하기를 희망해 왔다. 그러나 중국과 외국의 육종 관행은 전통적인 교잡법으로 내염성 작물과 원예식물을 재배할 수 없는 반면, 원연 교잡과 세포 수준의 세포공학은 기술적 이유로 돌파가 적고 성공률이 낮다는 것을 증명했다.
영리한 독자는' 소금에 내성이 없는 단토식물에 염지알칼리 봉의' 펌프' 가 생긴다면 염지알칼리 봉과 같은 내염 기능이 있을까?' 라고 물어볼 것이다. 이론적으로는 가능하지만, 증명하기 위해서는 과학 실험이 필요하다.
식물에게' 펌프' 가 자라게 하는 것은 물론 한 세포가 한 세포씩 담을 수 없고, 식물 세포가 스스로' 생산' 하게 하는 것이다. 속담에도 있듯이, "물고기 보다 물고기를 가르치는 것이 좋습니다." 이 "펌프" 를 생산하는 "기계" 는 위에서 언급한 유전자입니다.
산둥 사범대학의 연구원들은 현대 생명기술을 통해 소금 알칼리 봉의 내염성 핵심 유전자를 내염성 가뭄에 내성이 없는 의남 의남 게놈에 도입해 유전자 변형 의남 의향을 얻었다. 이 새로운 의남 겨자는 1/2 해수 관개 조건 하에서 생활사를 완성할 수 있다. 분재 조건 하에서 15 일 동안 물을 주지 않고, 물을 회복한 후 생산을 재개하고 결과를 얻을 수 있으며, 식물을 대조하여 전부 사망한다. 진일보한 연구에 따르면 유전자 변형 의남 의향의 내염성과 가뭄에 대한 내성이 크게 향상되었다.
작물 유전 공학과 산업화는 세계 농업 생명 공학의 최전선이다. 1 세대는 항충, 항제초제 식물 (예: 항충면) 을 재배하고, 2 세대는 품질이 개선된 식물 (예: 단백질이 증가한 옥수수) 을 재배하고, 3 세대는 항역식물 (내염, 가뭄에 강한 식물) 을 재배하는 것이다.
전 세계적으로 약 654.38+0 억 헥타르의 소금화 황무지가 있고, 우리나라 소금화 토양의 총면적이 8000 만 헥타르를 넘고, 우리 성의 염분 토양도 654.38+0.4 만 헥타르 이상이며, 매년 신생염분 알칼리 654.38+0 만 무 이상이며, 지금은 황폐하다. 경제적, 사회적 이득이 높은 농작물과 나무에 소금을 뽑을 수 있는' 펌프기' 가 자라면 이 광활한 황무지에서 황금색 밀과 울창한 숲이 자랄 것이라고 상상할 수 있다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 경제명언)
작은 "펌프" 가 세상을 바꿀 수 있습니다.