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

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

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（ZD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ZD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