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宋欣教授研究組《New Phytologist》論文報(bào)道葉肉細(xì)胞導(dǎo)度的氧同位素測(cè)量新方法

來(lái)源:生命與海洋科學(xué)學(xué)院 發(fā)布時(shí)間:2024-04-27 18:00 點(diǎn)擊數(shù): Views

近日,深圳大學(xué)生命與海洋科學(xué)學(xué)院宋欣教授團(tuán)隊(duì)在植物領(lǐng)域國(guó)際著名期刊《新植物學(xué)家》(NEW PHYTOLOGIST)發(fā)表了題為“Harnessing photosynthetic C18O16O discrimination dynamics under leaf water nonsteady state to estimate mesophyll conductance: a new, regression-based method”的研究論文。

該研究聚焦光合作用過(guò)程中葉片內(nèi)部水分和CO2的同位素非穩(wěn)態(tài)過(guò)程,利用激光同位素光譜儀在線測(cè)定光合作用中CO2的氧同位素分餾(D18O),從而建立一種全新的、基于同位素非穩(wěn)態(tài)的線性回歸方法,同步測(cè)定葉肉細(xì)胞導(dǎo)度(gm)和葉肉細(xì)胞中水和CO2的氧同位素交換程度(q)。該研究為理解gm在作物產(chǎn)量提升和全球碳循環(huán)模型完善等研究領(lǐng)域的重要作用提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。宋欣教授是該論文的通訊作者,其團(tuán)隊(duì)成員饒森博士后為論文第一作者,四川農(nóng)業(yè)大學(xué)劉濤副教授(團(tuán)隊(duì)原博士后)以及澳大利亞詹姆斯×庫(kù)克大學(xué)Lucas A. Cernusak為論文共同作者。

葉肉細(xì)胞導(dǎo)度(gm)通常被定義為CO2由細(xì)胞間隙擴(kuò)散至細(xì)胞內(nèi)部發(fā)生首次羧化反應(yīng)位點(diǎn)的阻力的倒數(shù),是一項(xiàng)顯著影響葉片光合作用的重要性狀指標(biāo)。當(dāng)前關(guān)于gm測(cè)定的常用方法包括A-Ci(光合速率-胞間CO2濃度)曲線擬合法、氣體交換結(jié)合葉綠素?zé)晒夥ㄒ约肮夂咸纪凰胤逐s(D13C)法。然而這三類(lèi)方法均僅適用碳三植物的gm測(cè)定,無(wú)法應(yīng)用于碳四植物。針對(duì)這一現(xiàn)象,近年來(lái)部分學(xué)者轉(zhuǎn)向測(cè)定光合作用過(guò)程中CO2的氧同位素分餾(D18O),此方法已被證明是兼具測(cè)定碳三和碳四植物gm的唯一可行方法。然而,當(dāng)前的D18O方法也存在一些缺陷:比如在葉肉細(xì)胞中CO2的水合作用中,對(duì)于水和CO2的氧同位素交換值q的測(cè)定還沒(méi)有比較可靠的方法,該指標(biāo)會(huì)顯著影響gm的準(zhǔn)確測(cè)定。

在本研究中,作者通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段操控葉片水的氧同位素信號(hào)變化,從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面證明了基于氧同位素非穩(wěn)態(tài)的回歸方法的可靠性。新方法準(zhǔn)確測(cè)定了常見(jiàn)的3種碳三和3種碳四植物的gm和q,并著重討論了與常規(guī)方法之間差異產(chǎn)生的根本原因。此外,本研究在測(cè)定碳四植物玉米在對(duì)環(huán)境溫度的響應(yīng)過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)gm和q呈現(xiàn)負(fù)向變化關(guān)系,否定了q不隨環(huán)境變化這一常規(guī)假設(shè)。作者在論文結(jié)尾也指出,新方法可能存在著一些缺點(diǎn)或不足,呼吁將來(lái)在多種生長(zhǎng)或測(cè)定環(huán)境下,增加測(cè)定的物種類(lèi)型,從而進(jìn)一步提高利用回歸方法測(cè)定gm的準(zhǔn)確性。

該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和深圳大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新項(xiàng)目支持。

圖 基于同位素非穩(wěn)態(tài)的線性回歸方法測(cè)定葉肉細(xì)胞導(dǎo)度(gm

原文鏈接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19767

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