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LI-6800应用案例 |【Molecular Plant】人工合成光呼吸捷径可显著增强水稻光合作用,促进产量提高

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概述
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实验结果/结论
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原文以  A Synthetic Photorespiratory Shortcut Enhances Photosynthesis to Boost Biomass and Grain Yield in Rice 为标题发表在 Molecular Plant(IF=12.084)上。
       作者 |  Li-Min Wang, Bo-Ran Shen, Bo-Di Li等
       翻译 | 子毅

之前的研究表明,通过设计光呼吸旁路,提高叶绿体中CO2浓度,或是优化能量平衡,都可增强植物的光合作用。

在本研究中,研究者设计出光呼吸捷径—GCGT旁路。该捷径由四种酶组成,分别是水稻乙醇酸氧化酶(Oryza sativa glycolate oxidase)、大肠杆菌过氧化氢酶(Escherichia colicatalase)、乙醛酸聚醛酶(Glyoxylate carboligase)以及羟基丙二酸半醛还原酶(Tartronic semialdehyde reductase)。

GCGT旁路由一个优化的叶绿体信号肽引导,靶向目标是叶绿体,可把乙醇酸代谢到卡尔文循环中75%的碳重新定向,进而提高叶绿体内CO2浓度,这与自然光呼吸途径一致。

数据显示,GCGT转基因水稻的生物量和产量均显著得到了提高,但结籽率所有下降。

通过转录组、生理和生化分析,光合碳水化合物不能有效转运到籽粒中,是导致结籽率降低的原因。

因此,未来的研究,还需要努力寻找提高光合产物转运能力的办法。

LI-6800高级光合-荧光测量系统在本研究中的作用

使用LI-6800高级光合-荧光测量系统测量水稻光合作用.jpg

使用LI-6800高级光合-荧光测量系统测量水稻光合作用

在灌浆期,使用LI-6800开路式气体交换测量系统测量完全展开的旗叶:包括光合日动态、光响应曲线、CO2响应曲线(Shen et al.,2019)。使用LI-COR的软件拟合求算AQE(表观量子效率)、Amax(最大净光合速率)和LSP(光饱和点)。

根据Yeo等(1994)的方法估算光呼吸速率:分别在2% O2浓度和21% O2浓度条件下测量净光合速率,其差值代表光呼吸。

使用LI-6800自带6800-01A叶室测量叶绿素荧光参数。叶片暗适应20min后,测量潜在最大光化学量子效率Fv/Fm。根据Harly等(1992)文章中变数J方法计算羧化位点CO2浓度Cc。

依据Laisk方法(Shen et al., 2019)确定二氧化碳补偿点Γ*和日间呼吸作用Rd。采用Walker等(2016b)的线性化方法分析曲线。

在不同光强条件下(100,300,600 μmol m-2s-1)测量CO2响应曲线的线性部分:浓度从100到20 ( μmol mol-1)。把每个光下测量的曲线做线性拟合,3条CO2响应曲线的交叉点:横坐标轴对应的是Γ*,纵坐标对应的是日间呼吸作用Rd。

原文中的主要数据图

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