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                        LI-6800應用案例 |【Molecular Plant】人工合成光呼吸捷徑可顯著增強水稻光合作用,促進產量提高

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                        原文以  A Synthetic Photorespiratory Shortcut Enhances Photosynthesis to Boost Biomass and Grain Yield in Rice 為標題發表在 Molecular Plant(IF=12.084)上。
                               作者 |  Li-Min Wang, Bo-Ran Shen, Bo-Di Li等
                               翻譯 | 子毅

                        之前的研究表明,通過設計光呼吸旁路,提高葉綠體中CO2濃度,或是優化能量平衡,都可增強植物的光合作用。

                        在本研究中,研究者設計出光呼吸捷徑—GCGT旁路。該捷徑由四種酶組成,分別是水稻乙醇酸氧化酶(Oryza sativa glycolate oxidase)、大腸桿菌過氧化氫酶(Escherichia colicatalase)、乙醛酸聚醛酶(Glyoxylate carboligase)以及羥基丙二酸半醛還原酶(Tartronic semialdehyde reductase)。

                        GCGT旁路由一個優化的葉綠體信號肽引導,靶向目標是葉綠體,可把乙醇酸代謝到卡爾文循環中75%的碳重新定向,進而提高葉綠體內CO2濃度,這與自然光呼吸途徑一致。

                        數據顯示,GCGT轉基因水稻的生物量和產量均顯著得到了提高,但結籽率所有下降。

                        通過轉錄組、生理和生化分析,光合碳水化合物不能有效轉運到籽粒中,是導致結籽率降低的原因。

                        因此,未來的研究,還需要努力尋找提高光合產物轉運能力的辦法。

                        LI-6800高級光合-熒光測量系統在本研究中的作用

                        使用LI-6800高級光合-熒光測量系統測量水稻光合作用.jpg

                        使用LI-6800高級光合-熒光測量系統測量水稻光合作用

                        在灌漿期,使用LI-6800開路式氣體交換測量系統測量完全展開的旗葉:包括光合日動態、光響應曲線、CO2響應曲線(Shen et al.,2019)。使用LI-COR的軟件擬合求算AQE(表觀量子效率)、Amax(最大凈光合速率)和LSP(光飽和點)。

                        根據Yeo等(1994)的方法估算光呼吸速率:分別在2% O2濃度和21% O2濃度條件下測量凈光合速率,其差值代表光呼吸。

                        使用LI-6800自帶6800-01A葉室測量葉綠素熒光參數。葉片暗適應20min后,測量潛在最大光化學量子效率Fv/Fm。根據Harly等(1992)文章中變數J方法計算羧化位點CO2濃度Cc。

                        依據Laisk方法(Shen et al., 2019)確定二氧化碳補償點Γ*和日間呼吸作用Rd。采用Walker等(2016b)的線性化方法分析曲線。

                        在不同光強條件下(100,300,600 μmol m-2s-1)測量CO2響應曲線的線性部分:濃度從100到20 ( μmol mol-1)。把每個光下測量的曲線做線性擬合,3條CO2響應曲線的交叉點:橫坐標軸對應的是Γ*,縱坐標對應的是日間呼吸作用Rd。

                        原文中的主要數據圖

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