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光合作用是植物生長的基礎(chǔ)，探討光合作用的調(diào)控機(jī)理是應(yīng)對糧食危機(jī)和提高森林碳匯的重要途徑。中國科學(xué)院昆明植物研究所張石寶研究員專題組長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）。最后提出未來的研究需要一個(gè)綜合的方法，通過設(shè)計(jì)合理的策略以提高作物生產(chǎn)力，這對于應(yīng)對未來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，常綠和落葉闊葉樹種在冠層中上層占據(jù)主導(dǎo)地位，對森林生產(chǎn)力貢獻(xiàn)最大。與常綠樹種相比，落葉樹種需要在相對較短的生長季節(jié)內(nèi)完成足夠的物質(zhì)積累，這種差異與它們在葉片構(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)，落葉樹種較高的光合能力與其氮分配策略有關(guān)，落葉樹種通過將更高比例的氮分配到光合機(jī)構(gòu)來提高其光合能力，而磷和鉀對光合作用的限制作用在落葉樹種中更為明顯。葉片碳氮比（C/N）是反映常綠和落葉樹種光合功能性狀分化的重要指標(biāo)，其對光合作用特征的預(yù)測能力優(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。該研究得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(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?常綠和落葉樹種光合功能性狀分化的養(yǎng)分基礎(chǔ)模式圖

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