|
能源是世界發展和經濟增長的最基本驅動力和人類賴以生存的重要物質基礎。當今世界處于能源危機的緊要關頭，隨著煤、石油、天然氣等不可再生資源的減少，尋找新型可再生資源與開展能源植物基礎研究和種植備受關注。巨芒草（Miscanthus × giganteus）是一種大型禾本科天然雜交三倍體的多年生C4植物，可以作為纖維素生物能源的原料，并且具有高水分利用效率和養分利用效率，低溫下仍能保持很強的生命力和高的生物產量。先前大量的研究關注于不同生長條件（例如光照、CO2濃度、氮素、鹽度和干旱等）如何影響C4植物光合效率。然而，C4植物的生物化學性能和葉片解剖學結構如何驅動光合效率變化適應環境尚不明晰。
研究不同光照和施氮條件下，C4能源植物巨芒草葉片解剖結構、生化過程和CO2富集機制效率變化特征，能夠揭示能源植物的光合速率和CO2富集機制效率對低光照和營養條件的響應機制，對于評估C4禾草的利用具有重要理論意義。
中國科學院新疆生態與地理研究所“***”入選者馬劍英團隊通過溫室栽培、穩定同位素技術方法，發現高光條件生長的巨芒草維管束鞘細胞壁面積和厚度比低光條件生長的都大(圖1)，表明維管束鞘細胞CO2導度差異受到限制，增加的面積被增加的厚度所抵消。研究進一步表明，低光和營養限制條件下葉肉細胞CO2導度才是限制磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPc）活性的主要因素，因為CO2的泄漏量在所有生長條件下沒有顯著變化（圖2）。同時，葉片碳穩定同位素組成（δ13C）與CO2的泄漏量不相關，表明不能把δ13C值作為CO2的泄漏量的一個指示指標。整體而言，巨芒草在低光和氮素限制條件下的CO2富集機制依然很強，葉片解剖結構和生物化學性能響應變化幫助維持了CO2富集機制效率。
|
