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找到提升植物碳水 利用效率的“钥匙”

来源:科技日报2019-09-19 09:21

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  近日,浙江大学农业与生物技术学院研究员王一州与英国格拉斯哥大学、剑桥大学的研究团队合作发现增强气孔动力学可以在不影响植物碳固定的情况下提高植物水分利用效率。相关研究成果日前发表于《科学》等杂志上。

  一直以来,促进光合作用与提高植物水分利用效率似乎无法同时实现。

  “植物在生长过程中,会通过自身表皮的气孔从外界吸收二氧化碳进行光合作用,同时也会因为蒸腾作用经由气孔损失一部分水分。”王一州告诉科技日报记者。

  以往的多数研究将提高植物水分利用效率的努力集中于降低气孔密度。

  “气孔密度响应大气中二氧化碳浓度、光照、大气相对湿度和脱落酸的变化,情况复杂,降低气孔密度绝非易事。”王一州说,此外,这种方式会明显降低植物光合作用效率。

  通过努力,王一州团队对拟南芥进行了基因改造,在其气孔的保卫细胞中表达了合成的光门控K+通道1(BLINK1),试图通过加快光强度变化加快气孔的开关。“当光强度上升时,气孔打开得更快,增加二氧化碳进入植物的量;当光强度下降时,气孔关闭得更快,以减少水分的流失。”王一州说,研究通过关注气孔运动的动力学,有效地将二氧化碳增加和水分损失的影响暂时分开。

  为验证保卫细胞中的BLINK1是否发挥了此功能,研究人员检测了在白天太阳光照射期间生长的BLINK1转基因株系,发现其在生物量积累、花环面积扩展或用水方面,与正常植株无明显差异。

  “BLINK1转基因株系光合作用产物的瞬时速率与蒸腾速率的比例明显提高,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)和水的利用。”王一州说。

  同时,研究人员还发现,通过提高气孔动力学来提高植物水分利用效率具有稳定性。

  除此以外,通过多年的学科交叉研究,王一州合作团队还构建了首个动态气孔保卫细胞计算生物学模型。(马爱平)

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