通过在种子期间将植物暴露于某些化学物质来“启动”植物，可能会影响它们以后的生长。
研究人员发现，用乙烯气体处理种子可以提高种子的生长和抗逆性。这一发现涉及增强植物的光合作用和碳水化合物的产生，为提高作物产量和抵御环境压力因素提供了潜在的突破。
就像任何其他生物一样，植物也会受到压力。通常，高温和干旱等条件会导致这种压力，当它们受到压力时，植物可能不会长得那么大或产量那么多。这对农民来说可能是一个问题，因此许多科学家尝试对植物进行基因改造以使其更具弹性。
然而，为提高作物产量而改良的植物往往具有较低的抗逆性，因为它们将更多的能量投入到生长中，而不是用于抵御压力。同样，提高植物在压力下的生存能力通常会导致植物产生更少的能量，因为它们将更多的能量投入到保护中而不是生长中。这一难题使提高作物产量变得困难。
我一直在研究植物激素乙烯如何调节植物的生长和胁迫反应。在 2023 年 7 月发表的一项研究中，我的实验室做出了一个意想不到且令人兴奋的观察结果。我们发现，当种子在黑暗中发芽时，就像它们通常在地下一样，添加乙烯可以增加它们的生长和抗逆性。
乙烯是一种植物激素
植物不能四处走动，因此它们无法避免高温和干旱等压力环境条件。它们从环境中吸收各种信号，例如光线和温度，这些信号塑造了它们如何生长、发育和应对压力条件。作为该调节的一部分，植物产生各种激素，这些激素是调节网络的一部分，使它们能够适应环境条件。
我和我的同事们想知道，在种子萌发过程中，当暴露于乙烯时，不同的植物物种是否表现出生长刺激。我们发现答案是肯定的。我们测试了短期乙烯处理对发芽的番茄、黄瓜、小麦和芝麻菜种子的影响——它们都长得更大了。
但是，使这一观察结果变得不寻常和令人兴奋的是，短暂的乙烯处理也增加了对各种应力的耐受性，例如盐胁迫，高温和低氧条件。
短暂暴露于刺激物对生长和应激耐受性的长期影响通常称为启动效应。您可以认为这很像灌注泵，灌注有助于使泵更轻松、更快速地启动。研究着眼于植物在不同年龄和发育阶段启动后如何生长。但是，用各种化学物质和压力进行种子启动可能是研究最多的，因为它很容易进行，如果成功，农民可以使用它。
它是如何工作的？
自第一次实验以来，我的实验室小组一直试图弄清楚是什么机制允许这些暴露于乙烯的植物长得更大并承受更多的压力。我们发现了一些可能的解释。
一是乙烯引发增加了光合作用，这是工厂用来从光中制造糖的工艺。光合作用的一部分包括所谓的碳固定，植物从大气中吸收二氧化碳，并使用二氧化碳分子作为制造糖的组成部分。
与光合作用的增加相关的是整个植物的碳水化合物水平大幅增加。这包括淀粉（植物中的能量储存分子）和两种糖（蔗糖和葡萄糖）的大量增加，它们为植物提供快速能量。
植物中更多的这些分子与生长增加和植物承受压力条件的能力更好有关。
我们的研究表明，发芽期间的环境条件会对植物产生深远而持久的影响，同时增加植物的大小和抗逆性。了解其机制比以往任何时候都更加重要，它可以帮助提高作物产量，养活世界人口。
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