New Phytologist|水稻自然多样性可以提高水稻产量
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一项新研究揭示了14种不同的水稻植物如何利用波动的光将二氧化碳固定在食物中，我们的团队发现了不同水稻之间有117％的差异，表明有新的可选择的性状。信息来源：伊利诺伊大学城市分校卡尔·R·沃斯基因组生物学研究所
伊利诺伊大学研究生Liana Acevedo-Siaca检测了14种不同的水稻品种，揭示不同水稻利用光能将二氧化碳固定在食品中的自然差异。
与其他作物相比，大米是更多人的直接卡路里来源，大米是比任何其他农作物都有更多人的卡路里的直接来源，是亚洲5.6亿长期饥饿人口的主要食物。全球有超过120,000个栽培水稻品种（Oryza sativa），植物学家可以利用不同水稻丰富的自然多样性来提高产量。伊利诺伊大学和国际水稻研究所（IRRI）的一个团队研究了14种不同品种如何进行光合作用，所有作物都通过光合作用的过程将阳光能量转化为糖类，最终使糖类成为我们的食物。研究团队考察了很少研究的光合作用属性，他们发现恒定条件下光合作用效率的细微差异，但波动光的差异为117％，为育种家提供了一种新的可选性状。
伊利诺伊州卡尔·沃斯基因组生物学研究所的Stephen Long说：“光合作用通常是在“恒定条件”下评估的，在这种条件下，植物要暴露在恒定的高水平光下，但是田间条件却永远都不恒定，特别是考虑到驱动光合作用的光。我们研究了代表大部分作物多样性的14个水稻品种，并提出了一个问题：我们可以利用的波动光中的光合作用是否会发生变化？”
这项工作发表在《New Phytologist》上，该项目是一项国际研究项目“提高光合作用效率”（RIPE）的一部分，该研究旨在使农作物将太阳的能量更有效地转化为食物，从而可持续地提高全球产量，研究得到了比尔和梅琳达•盖茨基金会（Bill＆Melinda Gates Foundation）、美国粮食与农业研究基金会（FFAR）和英国政府的国际发展部（DFID）的支持。
Long说：“如果你在任何作物的叶子冠层内看，你都会看到光线有一到两个数量级的波动，植物接受的光照不仅受到间歇性云遮挡太阳的影响，更常见的是受到其自身或邻近植物的叶子的影响，这是因为太阳的角度每天都在变化。计算表明，这些植物的叶子通过缓慢调整来适应光的变化可能会损失20％到40％的潜在生产力。”
研究人员比较了恒定和变化的光照条件下的结果，没有发现相关性，这支持了2019年木薯研究的结果。换句话说，在光的波动下表现出色的品种在恒定的光照下可能表现不佳，反之亦然，这意味着对这些性状的选择应独立进行。
文章的第一作者，农业、消费者与环境科学学院（ACES）的研究生Liana Acevedo-Siaca说：“这种缺乏相关性的现象似乎在各个物种之间是一致的，这要求我们改变研究光合作用的方式。展望未来，我们需要将更多的动态测量方法纳入我们了解光合作用的方式，尤其是在农业环境中，因为实际上这些植物永远都不会处于稳态。”
研究小组还评估了五个主要稻类（有时被视为亚种）如何应对光照强度波动。尽管没有一个小组比其他小组看起来更好，但研究小组认为，将来的研究中可能会发现差异。
在这项研究中，三个光合作用参数是特别值得关注：诱导速度（光合作用激活或开始的速度），同化速度（植物将碳固定在糖上的速度）以及这些水稻植物利用水的效率。
从弱光切换到强光后，一种水稻激活（或开始光合作用）速率比最慢的快117％。在光照条件变化的情况下，一个籼稻品种是“最差”的品种（也是籼稻）同化能力的两倍以上，后者是节水效率最高的品种。
Long说：“令人惊讶的是，在对这些种质进行了更详细的分析后，以来自菲律宾的经过深入研究的IR64为对照，我们发现随着叶子从阴暗过渡到阳光，生物化学反应过程是效率的最大限制。生物化学过程与木薯的平行研究完全不同，它说明了在不同农作物中分别微调光合作用的必要性，尽管事实是，大多数粮食作物的光合作用过程通常都很保守。”
根据Acevedo-Siaca的说法，下一步是确定如何培育(或改造)具有更快诱导反应的水稻。
2016年美国全球食品安全Borlaug奖学金获得者Acevedo-Siaca说，“最终，我们的目标是让植物能够对光的波动做出更快的反应，使它们的生产力更高。我对我们可以在保留现有种质的同时改善这一过程的方式感兴趣。我们可以工作的多样性如此之多。如果我们不更深入地审视我们所有的选择，我认为这是一种耻辱。”
文献来源:
http://dx. doi. org/ 10. 1111/ nph. 16454
新闻报道：
https://ripe.illinois.edu/press/press-releases/photosynthesis-varies-greatly-across-rice-cultivars-natural-diversity-could
译文校稿：
LuLu
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