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近日，浙江大學農業與生物技術學院研究員王一州與英國格拉斯哥大學、康橋大學的研究團隊合作發現增強氣孔動力學可以在不影響植物碳固定的情況下提高植物水分利用效率。相關研究成果日前發表于《科學》等雜誌上。
一直以來，促進光合作用與提高植物水分利用效率似乎無法同時實現。
“植物在生長過程中，會通過自身表皮的氣孔從外界吸收二氧化碳進行光合作用，同時也會因為蒸騰作用經由氣孔損失一部分水分。”王一州告訴科技日報記者。
以往的多數研究將提高植物水分利用效率的努力集中于降低氣孔密度。
“氣孔密度響應大氣中二氧化碳濃度、光照、大氣相對濕度和脫落酸的變化，情況複雜，降低氣孔密度絕非易事。”王一州説，此外，這種方式會明顯降低植物光合作用效率。
通過努力，王一州團隊對擬南芥進行了基因改造，在其氣孔的保衛細胞中表達了合成的光門控K+通道1（BLINK1），試圖通過加快光強度變化加快氣孔的開關。“當光強度上升時，氣孔打開得更快，增加二氧化碳進入植物的量；當光強度下降時，氣孔關閉得更快，以減少水分的流失。”王一州説，研究通過關注氣孔運動的動力學，有效地將二氧化碳增加和水分損失的影響暫時分開。
為驗證保衛細胞中的BLINK1是否發揮了此功能，研究人員檢測了在白天太陽光照射期間生長的BLINK1轉基因株係，發現其在生物量積累、花環面積擴展或用水方面，與正常植株無明顯差異。
“BLINK1轉基因株係光合作用産物的暫態速率與蒸騰速率的比例明顯提高，表明BLINK1有利於碳同化（即植物在光合作用中將二氧化碳轉化為碳水化合物的過程）和水的利用。”王一州説。
同時，研究人員還發現，通過提高氣孔動力學來提高植物水分利用效率具有穩定性。
除此以外，通過多年的學科交叉研究，王一州合作團隊還構建了首個動態氣孔保衛細胞計算生物學模型。（馬愛平）
