找到提升植物碳水 利用效率的“钥匙”
发布日期:  2019-11-10 21:06:20 

新知识

最近,浙江大学农业与生物技术学院的研究员王一舟与格拉斯哥大学和剑桥大学的研究团队合作,发现增强气孔动力学可以提高植物水分利用效率,而不影响植物固碳。相关的研究结果最近发表在《科学》等杂志上。

长期以来,促进植物光合作用和提高水分利用效率似乎不能同时实现。

在生长过程中,植物通过表皮的气孔吸收外界的二氧化碳进行光合作用,同时由于蒸腾作用,植物也会通过气孔损失一些水分王一舟告诉《科学日报》。

大多数以前的研究集中于降低气孔密度以提高植物的水分利用效率。

“气孔密度响应二氧化碳浓度、光照、大气相对湿度和大气中脱落酸的变化。情况很复杂。降低气孔密度并不容易。”王一舟说,此外,这种方法会显著降低植物的光合作用效率。

通过努力,王一舟的团队对拟南芥进行了基因改造,并在其气孔的保卫细胞中表达了合成的光门控钾通道1(blink1),试图通过加速光强的变化来加快气孔的打开和关闭。“当光强上升时,气孔打开得更快,进入植物的二氧化碳量增加;当光强降低时,气孔关闭得更快,以减少水分损失。”王一舟说,这项研究通过关注气孔运动的动态,有效地暂时分离了二氧化碳增加和水分流失的影响。

为了验证保护细胞中的blink1是否发挥这一功能,研究人员检查了白天日照下生长的blink1转基因系,发现在生物量积累、玫瑰花结面积扩大或耗水量方面与正常植物没有显著差异。

blink1转基因系光合产物瞬时速率与蒸腾速率之比明显增加,表明blink1有利于碳同化(即植物在光合作用中将二氧化碳转化为碳水化合物的过程)和水分利用王一舟说。

同时,研究人员还发现,通过改善气孔动态来提高植物水分利用效率具有稳定性。

此外,通过多年的跨学科研究,王一舟的合作团队还建立了第一个动态气孔保卫细胞的计算生物学模型。(马爱平)

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