科學(xué)家發(fā)現(xiàn)水稻適應(yīng)長期波動光的光合生理調(diào)控機制

       近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物耕作與生態(tài)創(chuàng)新團隊通過系統(tǒng)分析恒定光與波動光條件下水稻的生長、光合生理和葉片解剖結(jié)構(gòu)差異，發(fā)現(xiàn)光合電子傳遞、ATP合酶活性以及非光化學(xué)淬滅（熱耗散）的調(diào)控是水稻適應(yīng)波動光的重要生理過程。該研究揭示了作物在波動光強下的光合生理調(diào)控機制，為作物在大田條件下光能高效利用提供了理論依據(jù)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《植物，細(xì)胞和環(huán)境（Plant, Cell & Environment）》。

       據(jù)周文彬研究員介紹，由于太陽角度改變、云層運動、相鄰植物葉片遮擋以及葉片顫動等的影響，大田環(huán)境條件下光照強度通常處于頻繁的波動變化中（波動光）。目前有關(guān)大田作物對波動光的響應(yīng)研究鮮有報道，特別是作物如何適應(yīng)長期波動光的生理機制尚不清楚。

       研究人員通過比較短期和長期波動光處理水稻植株，發(fā)現(xiàn)長期波動光處理降低了水稻植株的株高和生長速率。短期波動光處理主要抑制光系統(tǒng)Ⅰ活性，而光系統(tǒng)Ⅱ由于受到非光化學(xué)淬滅的保護受影響較小。隨著波動光處理時間的延長，葉黃素循環(huán)組分玉米黃質(zhì)大量積累，類囊體腔側(cè)的酸化程度增加，誘導(dǎo)較高的非光化學(xué)淬滅。長期波動光處理使光系統(tǒng)Ⅰ受體側(cè)限制增加，而非光化學(xué)淬滅的增加降低了光系統(tǒng)Ⅱ的效率，電子傳遞速率在光系統(tǒng)Ⅰ和Ⅱ均下降，表明長期波動光處理使兩者活性均受到抑制。進一步研究表明，長期波動光處理使氣孔開度減小，從而使氣孔導(dǎo)度下降，進一步限制了CO2的同化，最終導(dǎo)致水稻生長受到抑制。

該研究得到國家重點研發(fā)計劃和中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程等項目資助。