一項新研究揭示了14種不同的水稻植物如何利用波動的光將二氧化碳固定在食物中，我們的團隊發現了
不同水稻之間有117％的差異，表明有新的可選擇的性狀。信息來源：伊利諾伊大學城市分校卡爾·R·沃斯基因組生物學研究所
伊利諾伊大學研究生Liana Acevedo-Siaca檢測了14種不同的水稻品種，揭示不同水稻利用光能將二氧化碳固定在食品中的自然差異。
與其他作物相比，大米是更多人的直接卡路里來源，大米是比任何其他農作物都有更多人的卡路里的直接來源，是亞洲5.6億長期飢餓人口的主要食物。全球有超過120,000個栽培水稻品種（Oryza sativa），植物學家可以利用不同水稻豐富的自然多樣性來提高產量。伊利諾伊大學和國際水稻研究所（IRRI）的一個團隊研究了14種不同品種如何進行光合作用，所有作物都通過光合作用的過程將陽光能量轉化為糖類，最終使糖類成為我們的食物。研究團隊考察了很少研究的光合作用屬性，他們發現恆定條件下光合作用效率的細微差異，但波動光的差異為117％，為育種家提供了一種新的可選性狀。
伊利諾伊州卡爾·沃斯基因組生物學研究所的Stephen Long說：“光合作用通常是在“恆定條件”下評估的，在這種條件下，植物要暴露在恆定的高水平光下，但是田間條件卻永遠都不恆定，特別是考慮到驅動光合作用的光。我們研究了代表大部分作物多樣性的14個水稻品種，並提出了一個問題：我們可以利用的波動光中的光合作用是否會發生變化？”
這項工作發表在《New Phytologist》上，該項目是一項國際研究項目“提高光合作用效率”（RIPE）的一部分，該研究旨在使農作物將太陽的能量更有效地轉化為食物，從而可持續地提高全球產量，研究得到了比爾和梅琳達•蓋茨基金會（Bill＆Melinda Gates Foundation）、美國糧食與農業研究基金會（FFAR）和英國政府的國際發展部（DFID）的支持。
Long說：“如果你在任何作物的葉子冠層內看，你都會看到光線有一到兩個數量級的波動，植物接受的光照不僅受到間歇性雲遮擋太陽的影響，更常見的是受到其自身或鄰近植物的葉子的影響，這是因為太陽的角度每天都在變化。計算表明，這些植物的葉子通過緩慢調整來適應光的變化可能會損失20％到40％的潛在生產力。”
研究人員比較了恆定和變化的光照條件下的結果，沒有發現相關性，這支持了2019年木薯研究的結果。換句話說，在光的波動下表現出色的品種在恆定的光照下可能表現不佳，反之亦然，這意味著對這些性狀的選擇應獨立進行。
文章的第一作者，農業、消費者與環境科學學院（ACES）的研究生Liana Acevedo-Siaca說：“這種缺乏相關性的現象似乎在各個物種之間是一致的，這要求我們改變研究光合作用的方式。展望未來，我們需要將更多的動態測量方法納入我們瞭解光合作用的方式，尤其是在農業環境中，因為實際上這些植物永遠都不會處於穩態。”
研究小組還評估了五個主要稻類（有時被視為亞種）如何應對光照強度波動。儘管沒有一個小組比其他小組看起來更好，但研究小組認為，將來的研究中可能會發現差異。
在這項研究中，三個光合作用參數是特別值得關注：誘導速度（光合作用激活或開始的速度），同化速度（植物將碳固定在糖上的速度）以及這些水稻植物利用水的效率。
從弱光切換到強光後，一種水稻激活（或開始光合作用）速率比最慢的快117％。在光照條件變化的情況下，一個秈稻品種是“最差”的品種（也是秈稻）同化能力的兩倍以上，後者是節水效率最高的品種。
Long說：“令人驚訝的是，在對這些種質進行了更詳細的分析後，以來自菲律賓的經過深入研究的IR64為對照，我們發現隨著葉子從陰暗過渡到陽光，生物化學反應過程是效率的最大限制。生物化學過程與木薯的平行研究完全不同，它說明了在不同農作物中分別微調光合作用的必要性，儘管事實是，大多數糧食作物的光合作用過程通常都很保守。”
根據Acevedo-Siaca的說法，下一步是確定如何培育(或改造)具有更快誘導反應的水稻。
2016年美國全球食品安全Borlaug獎學金獲得者Acevedo-Siaca說，“最終，我們的目標是讓植物能夠對光的波動做出更快的反應，使它們的生產力更高。我對我們可以在保留現有種質的同時改善這一過程的方式感興趣。我們可以工作的多樣性如此之多。如果我們不更深入地審視我們所有的選擇，我認為這是一種恥辱。”
http://dx. doi. org/ 10. 1111/ nph. 16454
新聞報道：
https://ripe.illinois.edu/press/press-releases/photosynthesis-varies-greatly-across-rice-cultivars-natural-diversity-could
譯文校稿：
LuLu
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