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科学家在作物耐低温特性研究方面取得重要进展
日期:2018-12-12 作者:编译:龚晶 来源:农科智库 点击:
     气温下降时,促进植物生长、提升植物产量的二磷酸羧化酶(Rubisco)的活性就会下降。为了弥补这一损失,许多作物会生成更多的二磷酸羧化酶,但是,科学家推测一些作物的叶片可能缺少增加生成这种酶的空间,使得它们更易受到低温的影响。伊利诺伊大学(University of Illinois, UI)和麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)一项新的研究则对这种理论作出了反驳,他们发现这些作物的光合作用潜力远远不止如此。
    植物科学家以前就知道大豆、稻米、以及其他C3作物的叶片还有空间容纳增加的二磷酸羧化酶。但是,如玉米和甘蔗这样的C4作物使用的是叶肉细胞通过生物化学的方式将二氧化碳注入内细胞,即维管束鞘中,这里的二氧化碳浓度是大气中的十倍,而二磷酸羧化酶就存在于其中。二氧化碳越浓,二磷酸羧化酶就越有效。
    “但是如果只是把这种酶隔绝在叶片的一部分之外,是不是在低温的时候就有足够的空间生成更多的二磷酸羧化酶了呢?”UI卡尔·乌斯基因组生物学研究所(Carl R. Woese Institute for Genomic Biology)伊肯伯里作物科学和植物生物学名誉教授(Ikenberry Endowed University Chair of CropSciences and Plant Biology)斯蒂芬·隆恩(Stephen Long)说道。
    该研究分别测量了玉米、甘蔗、耐低温芒草(Miscanthus)的(维管)束鞘中含有二磷酸羧化酶的叶绿体的容积,研究结果刊登于《实验植物学杂志》(Journal of Experimental Botany)。研究团队总结出这些C4作物的叶绿体拥有足够的容积来容纳二磷酸羧化酶,并在低温环境下进行光合作用。奇怪的是,芒草的叶绿体容积最小,也就是说叶绿体容积和耐低温之间没有联系。
    “不过,这些植物仍然没有达到潜在最大的能量输出。既然我们已经把空间这个限制因素排除掉了,就需要想想还有什么其他因素在影响这些重要的作物的耐低温性。”该研究的第一作者、UI的博士后研究员查尔斯·皮尼翁(Charles Pignon)说道,他的研究得到了爱德华·威廉和简·玛尔·古特塞尔(Edward William and Jane Marr Gutgsell)基金的资助。
植物科学家们如果能解开植物耐低温的关键所在,就能扩大这些作物的种植面积、延长种植季节,从而增加全球的粮食产量和生物能源。因此研究人员的下一步就准备将各种芒草的耐低温性进行比较,查明其中重要的差异。
(来源:伊利诺伊大学   北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)
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