本網(wǎng)訊 近日，學(xué)校水稻栽培創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)武立權(quán)教授在植物學(xué)經(jīng)典期刊《New Phytologist》在線(xiàn)發(fā)表題為“Contrasting effects of high stomatal density on rice photosynthesis and water use efficiency: synergistic enhancement under drought but not under well-watered conditions”的最新研究成果, 首次系統(tǒng)闡明了氣孔密度對(duì)水稻光合作用和內(nèi)在水分利用效率的調(diào)控作用具有顯著的水分條件依賴(lài)性，即高氣孔密度在正常供水條件下僅能提高光合速率，無(wú)法實(shí)現(xiàn)二者的協(xié)同改善，但在干旱脅迫下可協(xié)同提升水稻光合速率與水分利用效率。該研究為水稻高產(chǎn)抗旱育種提供了重要的理論依據(jù)和關(guān)鍵生理靶標(biāo)。
水稻（Oryza sativa）是全球超半數(shù)人口的主食，提升光合效率是突破水稻產(chǎn)量瓶頸的核心策略，而水稻生產(chǎn)又是高耗水農(nóng)業(yè)，亞洲水稻灌溉用水占農(nóng)業(yè)總灌溉水量的80%左右。在全球氣候變化背景下，水稻主產(chǎn)區(qū)干旱事件的頻率、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間顯著增加，如何協(xié)同提升水稻的光合作用和水分利用效率，成為保障水稻可持續(xù)生產(chǎn)的重要科學(xué)難題。氣孔作為植物與外界進(jìn)行氣體交換的重要通道，其密度是影響氣孔導(dǎo)度、葉肉導(dǎo)度的關(guān)鍵形態(tài)學(xué)性狀，但其如何調(diào)控水稻光合和水分利用效率，以及在不同水分條件下的作用機(jī)制尚未明確。為此，研究團(tuán)隊(duì)以37份氣孔密度存在顯著差異的栽培水稻品種為研究材料開(kāi)展盆栽試驗(yàn)，系統(tǒng)測(cè)定了正常供水條件下水稻的葉片形態(tài)解剖、氣體交換等指標(biāo)，并從中篩選出氣孔密度最高和最低的品種各兩份，進(jìn)一步進(jìn)行干旱脅迫處理，分析其光合速率、氣孔導(dǎo)度、葉肉導(dǎo)度、內(nèi)在水分利用效率等關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)干旱的響應(yīng)規(guī)律。
研究發(fā)現(xiàn)，在正常供水條件下，氣孔密度是協(xié)調(diào)水稻氣孔導(dǎo)度和葉肉導(dǎo)度的核心關(guān)鍵性狀，其通過(guò)調(diào)控葉肉細(xì)胞排列影響二者的協(xié)同變化。高氣孔密度雖能顯著提升水稻光合速率，但由于氣孔導(dǎo)度的提升幅度顯著大于葉肉導(dǎo)度，導(dǎo)致水稻內(nèi)在水分利用效率并未得到改善。
而在干旱脅迫條件下，水稻氣孔開(kāi)度會(huì)隨干旱程度加劇快速下降，高氣孔密度對(duì)氣孔導(dǎo)度的促進(jìn)作用逐漸減弱直至消失，但其對(duì)葉肉導(dǎo)度的提升效應(yīng)在整個(gè)葉片水勢(shì)變化范圍內(nèi)均能維持。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，高氣孔密度可通過(guò)增加單位葉面積的氣孔下腔面積，擴(kuò)大 CO2 擴(kuò)散的有效表面積，從而維持較高的葉肉導(dǎo)度。與此同時(shí)，干旱下氣孔導(dǎo)度的下降速率顯著快于光合速率和葉肉導(dǎo)度，使得水稻光合限制因素向氣孔限制偏移，最終實(shí)現(xiàn)了光合速率與內(nèi)在水分利用效率的協(xié)同提升。
安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)為本文第一完成單位和通訊作者單位。農(nóng)學(xué)院張強(qiáng)強(qiáng)副教授為論文的第一作者，張強(qiáng)強(qiáng)副教授與武立權(quán)教授為共同通訊作者。碩士研究生胡珊，農(nóng)學(xué)院柯健副教授，何海兵教授以及尤翠翠老師等參與了本項(xiàng)目的研究。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽省科技攻關(guān)等項(xiàng)目的資助。
原文鏈接：(https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/nph.71055)
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文：張強(qiáng)強(qiáng)
一審：王曉波
二審：劉加華
三審：林婷婷
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