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光合作用是植物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，探討光合作用的調(diào)控機(jī)理是應(yīng)對(duì)糧食危機(jī)和提高森林碳匯的重要途徑。中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所張石寶研究員專題組長(zhǎng)期從事植物光合生理研究，近期在Trends in Plant Science和Plant Physiology發(fā)表研究成果分別探討了光呼吸的重要性以及常綠和落葉樹(shù)種光合功能性狀分化的養(yǎng)分基礎(chǔ)。

光呼吸是僅次于卡爾文循環(huán)的第二大光依賴通量，涉及氧氣消耗和二氧化碳釋放。光呼吸需要大量的能量（ATP）和還原力（NADH和NADPH），使其成為葉片能量轉(zhuǎn)換的中心樞紐。近日，該團(tuán)隊(duì)的黃偉副研究員應(yīng)邀在植物學(xué)頂尖期刊Trends in Plant Science發(fā)表了題為Photorespiration –emerging insights into?photoprotection?mechanisms的文章。論文首先闡述了光呼吸在光合作用代謝及光保護(hù)中的作用，然后強(qiáng)調(diào)了光呼吸在防止葉綠體ATP合成酶的負(fù)反饋和植物動(dòng)態(tài)光合中的重要作用（圖1）。最后提出未來(lái)的研究需要一個(gè)綜合的方法，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的策略以提高作物生產(chǎn)力，這對(duì)于應(yīng)對(duì)未來(lái)的氣候變化和糧食危機(jī)至關(guān)重要。

圖1?光呼吸途徑的分子機(jī)制模式圖

在熱帶和亞熱帶森林中，常綠和落葉闊葉樹(shù)種在冠層中上層占據(jù)主導(dǎo)地位，對(duì)森林生產(chǎn)力貢獻(xiàn)最大。與常綠樹(shù)種相比，落葉樹(shù)種需要在相對(duì)較短的生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi)完成足夠的物質(zhì)積累，這種差異與它們?cè)谌~片構(gòu)造和光合作用策略上的差異有關(guān)，但是關(guān)于常綠和落葉樹(shù)種光合功能性狀分化的養(yǎng)分基礎(chǔ)并不清楚。近期，該團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)，落葉樹(shù)種較高的光合能力與其氮分配策略有關(guān)，落葉樹(shù)種通過(guò)將更高比例的氮分配到光合機(jī)構(gòu)來(lái)提高其光合能力，而磷和鉀對(duì)光合作用的限制作用在落葉樹(shù)種中更為明顯。葉片碳氮比（C/N）是反映常綠和落葉樹(shù)種光合功能性狀分化的重要指標(biāo)，其對(duì)光合作用特征的預(yù)測(cè)能力優(yōu)于比葉重（LMA）。該研究以Leaf nutrient basis for the differentiation of photosynthetic traits between subtropical evergreen and deciduous trees為題，在線發(fā)表在國(guó)際植物學(xué)期刊Plant Physiology上。該團(tuán)隊(duì)已畢業(yè)碩士研究生石麒為論文第一作者，張石寶研究員和黃偉副研究員為該論文的通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院“西部之光”西部青年學(xué)者和云南省科技廳等項(xiàng)目資助。

圖2?常綠和落葉樹(shù)種光合功能性狀分化的養(yǎng)分基礎(chǔ)模式圖

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