破解百年科学谜题我科学家揭开植物“硼密码”

发布者：静虚散人 2026-7-28 10:07

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光明日报北京7月27日电（记者晋浩天）缺硼会让庄稼“烂根绝收”，全球超百种作物依赖硼肥才能保证产量。但一个根本问题始终没有答案：硼进入植物体内后，到底做了什么？北京大学生命科学学院焦雨铃教授团队与合作者日前首次揭开了这个谜底——硼如同一枚枚“分子铆钉”，通过交联细胞膜上的糖鞘脂与细胞壁，将决定植物生长的关键蛋白牢牢锚定在正确位置。一旦缺硼，这个锚定系统瞬间崩塌，植物生长随之停摆。

故事要从一个多世纪前的发现讲起。焦雨铃介绍，1912年，科学家在显微镜下观察到，当植物细胞失水收缩时，细胞膜与细胞壁之间会拉出无数细丝，被称为“郝氏丝”。这些细丝显然是某种将膜与壁连接在一起的“固定绳”，但它们的分子组成是什么、如何形成，困扰了学界百余年。传统观点猜测是某些蛋白质在发挥作用，但逐一排查后，没有一种蛋白能解释郝氏丝的形成。

研究团队将目光投向了一个被长期忽视的角色——硼。“我们用一种能干扰硼功能的化合物处理拟南芥幼苗，仅10分钟，郝氏丝就消失殆尽，原本固定在细胞膜特定区域的蛋白质也随之脱落。这证明，硼正是那根连接膜与壁的‘桥梁’。”论文共同通讯作者、首都师范大学教授汪颖说。

在此基础上，团队进一步探究：硼究竟与什么结合？“答案是GIPC——糖基肌醇磷酸神经酰胺。这个名字拗口的分子，是植物质膜中含量最丰富的鞘脂，占总脂类的四分之一到一半，但此前科学界对它的功能几乎一无所知。我们通过质谱与核磁共振分析发现，一个GIPC分子上可以结合多个硼原子，形成硼酸酯键，像一个多爪挂钩，牢牢抓住细胞壁。这种多价交联结构，让硼和GIPC共同构成了膜与壁之间的‘分子铆钉’。”

焦雨铃表示，“铆钉”固定住了PIN蛋白——决定植物生长方向的“指挥官”。生长素控制着植物从根的生长、弯曲方向，到开花结果、抗病耐旱等几乎全部过程；而PIN则负责将生长素准确送到需要的地方。团队发现，PIN蛋白上有一个专门与GIPC结合的“对接位点”，缺了它，PIN就无法定位。一旦硼供应中断，“铆钉”脱落，PIN蛋白便会从原本集中的位置散开，生长素运输随即混乱。这一过程远快于肉眼可见的生长表型变化，是缺硼最早触发的分子事件之一。

“这项研究不仅回答了‘硼营养作用’的百年科学疑问，也为农业发展带来了新的想象空间。”焦雨铃认为，找到缺硼所影响的具体蛋白，就等于找到了问题的根本症结所在，“这意味着，未来我们或许能通过调控这条通路，培育出耐低硼、根系更发达的作物新品种，在减少化肥用量的同时保障粮食安全。”

《光明日报》（2026年07月28日 08版）

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