近日，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心與植物所聯(lián)合在北京舉辦了首屆國際植物離子組學(xué)研討會,。來自美國,、英國、澳大利亞,、日本,、南非和中國等國的50余位代表出席了會議。記者就植物離子方面的相關(guān)問題采訪了會議主持人,、中科院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員朱永官,。
記者：植物離子組學(xué)這個概念人們聽起來還比較陌生,，什么是植物離子組學(xué)呢？
朱永官：植物離子組學(xué)是近5年來植物營養(yǎng)與環(huán)境生物學(xué)研究領(lǐng)域的新方向,，也是后基因組學(xué)時代研究土壤——植物相互作用的新思路,。植物離子組學(xué)主要利用現(xiàn)代高通量的元素分析手段（如ICP-MS），結(jié)合生物信息學(xué)和功能基因組學(xué)等手段來研究植物吸收,、積累養(yǎng)分和重金屬污染物的機(jī)理及遺傳學(xué)與分子生物學(xué)機(jī)制,。植物離子組學(xué)在功能基因組學(xué)、現(xiàn)代植物營養(yǎng)學(xué),、環(huán)境修復(fù),、農(nóng)產(chǎn)品安全與營養(yǎng)品質(zhì)等研究領(lǐng)域中具有重要應(yīng)用價值。
記者：這一思路的提出是在什么樣的前提下,？
朱永官：談到這個問題,，就不能不從化學(xué)計量學(xué)說起?；瘜W(xué)反應(yīng)過程中,，物料和電荷的平衡是最基本的化學(xué)規(guī)律，植物生長也不例外,。比如,，在植物的光合作用中，CO2和 H2O必須遵守6∶1的比率,，否則反應(yīng)就不徹底,，這與植物營養(yǎng)中的最小養(yǎng)分律是相對應(yīng)的。生態(tài)（生物）化學(xué)計量學(xué)是指生態(tài)相互作用及其過程中化學(xué)物質(zhì)的平衡,，有時也可以指能量和物質(zhì)的平衡,。生態(tài)化學(xué)計量學(xué)最早主要針對水生生態(tài)系統(tǒng)：如由于氮—磷比率而決定的藻類的爆發(fā)，食物鏈中養(yǎng)分的平衡關(guān)系等,，在植物生態(tài)與營養(yǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用才剛剛開始,。
記者：植物營養(yǎng)與這種平衡是什么關(guān)系？換句話說,，用生態(tài)化學(xué)計量學(xué)是如何研究植物營養(yǎng)的,？
朱永官：環(huán)境決定了植物體內(nèi)的化學(xué)組成，而人類活動可以改變環(huán)境條件,，包括施肥和污染等,，比如歐洲的氮污染（氮的相對過剩）與原始植被退化就是一個典型例子。目前,，陸地生態(tài)系統(tǒng)中的生態(tài)化學(xué)計量學(xué)主要關(guān)注碳,、氮、磷三種元素的比率關(guān)系，如以植物N∶P比為切入點(diǎn)研究植物（自養(yǎng)型生物）生態(tài)化學(xué)計量學(xué)與環(huán)境變化和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的相互關(guān)系,。
記者：從化學(xué)計量學(xué)是如何發(fā)展到離子組學(xué)的,？
朱永官：對于自養(yǎng)生物來講，大部分無機(jī)元素以離子形式被吸收（除硅,、硼等）,，但無論如何，植物必須保持電中性,。從電中性來思考問題可以算是化學(xué)計量學(xué)的一個擴(kuò)展,。保持電中性可能是影響植物離子組成與代謝的關(guān)鍵因子之一，并可能參與養(yǎng)分的穩(wěn)態(tài)機(jī)制,。以小麥磷高效為例,，磷高效的主要機(jī)制之一是為根系釋放有機(jī)陰離子，有機(jī)陰離子釋放越多,，植物體內(nèi)出現(xiàn)負(fù)電性的幾率增加,，為了保持電中性，植物需要調(diào)整體內(nèi)陽離子的含量,。我們的研究發(fā)現(xiàn),，在低磷條件下，有些磷高效的小麥體內(nèi)陽離子的總量低于磷低效的品種,，這從一個方面反映電中性可能在植物營養(yǎng)調(diào)控中的作用,。從電中性再進(jìn)一步擴(kuò)展，就到了離子組學(xué),。美國普渡大學(xué)David Salt教授及其同事在2003年第一次正式提出包括金屬,、類金屬和非金屬在內(nèi)的離子組學(xué)。
記者：離子組學(xué)的研究,，可以解決我們現(xiàn)實(shí)生活中的哪些問題？離子組學(xué)的研究目的是什么,？
朱永官：這樣的事例有很多,。比如，我們對谷物中的元素含量缺乏了解,，導(dǎo)致谷物中微量元素缺乏,，給人類健康帶來負(fù)面影響；大量元素的肥料使用與微量元素缺乏的問題,；有機(jī)質(zhì)的酸堿度與土壤酸化問題,，還有植物飼料元素組成與動物消化吸收及環(huán)境影響，都是我們可以用離子組學(xué)研究的現(xiàn)實(shí)問題,。
離子組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué),、代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)構(gòu)成認(rèn)識植物基因組如何真正影響植物表型的概念模型，離子組學(xué)的觀點(diǎn)與我們常規(guī)的通常只研究一個或少量元素為目的的研究大相徑庭。研究離子組學(xué)有助于捕捉植物相關(guān)基因或基因網(wǎng)絡(luò)表達(dá)調(diào)控,；有助于有關(guān)養(yǎng)分吸收的植物突變體的篩選,；有助于認(rèn)識植物吸收過程和體內(nèi)養(yǎng)分之間的交互作用；并且,，我們已經(jīng)有數(shù)據(jù)表明,，離子組學(xué)還有助于認(rèn)識超積累植物的篩選及其機(jī)理的研究。離子組學(xué)已經(jīng)被有些科學(xué)家稱之為植物化學(xué)元素指紋,。
