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淡绿色作物能提升光能利用效率
日期:2017-12-05 作者:编译:龚晶 来源:农科智库 点击:
     一般来讲,作物冠层的叶片会吸收过多的阳光,而下层的叶片往往会光照不足。针对这一问题,科学家试图“设计”出叶子为淡绿色的作物,希望能够因此让更多的光穿透作物冠层,使更多叶片得到光照,进而提高总体光能利用率和作物产量。这一策略在最近的一项模型研究中得到检验,其结果显示,叶绿素含量减少的叶片不会增强冠层的光合作用,而是会保留相当数量的氮,让作物能重新投入以提升光能利用率,进而增加产量。
    Berkley Walker是德国杜塞尔多夫大学“亚历山大·冯·洪堡”博士后研究人员,他主持了这项由“改善光合作用效率项目(RIPE)”资助的研究。他说:“冠层的叶片真的非常‘贪婪’,它们吸收了太多的阳光,却不分享给下面的‘兄弟姐妹们’。然而,冠层叶片处理光能的效率并不高,相反,底层的叶片对此则非常擅长。所以,如果你能把冠层独占的阳光一部分转移到下层,理论上讲,你就能获得更高的光能利用效率。”
    研究成果发表在了《植物生理学》杂志上。研究人员从美国农业部种质资源库中选取了将近70个叶绿素含量不同的大豆品种,采用计算机模拟的方法对上述观点进行了验证。他们发现,理论上讲叶绿素含量少20%的品种,氮的需要量低9%,但所产出的生物质和产量不变。
    RIPE项目副主任Don Ort是美国农业部农业研究服务署(USDA-ARS)光合作用研究机构的生理学家,Robert Emerson则是伊利诺斯大学卡尔·R·沃泽基因组生物学研究所植物生物学和作物科学教授。他们指出,计算机模拟揭示出叶片内部复杂结构导致光会大量反弹,以至于会以与下行相同的概率而上行。当减少叶绿素时,更多的光会因反射而损失掉,所以,实践过程中无法获得让光下行的全部好处。
    下一步,他们将探索是否能用节约出的氮来突破其他光合作用瓶颈问题,以及寻找其他增加光穿透冠层比率的方法。Walker指出,他们需要研究是否淡绿色“设计”能够与叶片结构变化相结合,或者对叶片进行“工程设计”,使其变得更薄,以减少反射,提高透射率。
    另一项由RIPE资助的项目针对水稻中叶绿素含量减少进行了模型研究。研究人员发现,重新配置节约下来的氮,可以提升光合作用和氮利用效率达到30%。项目合作伙伴——中国科学院的朱新广教授指出:“操控叶片中叶绿素含量是探索提升能量和光利用效率的有效途径。研究结果显示,要想实现更加理想的效果,需要更为彻底地了解叶片的光学特性以及氮在光合作用蛋白中的分布模式。”(来源:美国伊利诺伊大学厄尔纳 - 香槟分校卡尔R.沃兹基因组生物学研究所网站   北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)
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