兼顾并提高科研团队找到提升植物碳水利用

科技日报记者马爱平

一直以来，促进光合作用碳同化与提高植物水分利用效率似乎无法同时实现。植物叶片气孔具有双重且相互矛盾的作用，能够促进二氧化碳流入叶片进行光合作用，并通过蒸腾作用限制水分流出。这意味着气孔吸收二氧化碳的同时也会通过蒸腾作用损失一部分水分。

近日，浙江大学农业与生物技术学院研究员王一州与英国格拉斯哥大学、剑桥大学的研究团队合作发现增强气孔动力学可以在不影响植物碳固定的情况下提高植物水分利用效率，团队开发了首个动态气孔保卫细胞计算生物学模型OnGuard，为植物气孔分子生理学的研究开辟了一条崭新的研究途径。相关研究成果日前发表于《科学》杂志、《植物细胞》和《植物生物学报》，王一州因此荣获了NewPhytologist（新植物学家）的科研奖。

首个动态气孔保卫细胞计算生物学模型OnGuard（图片来源于Science,:14

“植物在生长过程中，会通过自身表皮的气孔从外界吸收二氧化碳进行光合作用，同时也会因为蒸腾作用经由气孔损失一部分水分。从理论上来讲，深入了解气孔行为、有效调控气孔开度，可提高植物水分利用效率和提升农作物产量。”9月12日，王一州告诉科技日报记者，就是借助气孔调节，在强化光合作用的同时抑制蒸腾作用。

气孔行为如何调控呢？

“狭义上，保卫细胞是两个相邻的细胞，它们之间的间隙就是气孔。由于气孔保卫与副保卫细胞内部跨膜运输的通量影响着细胞内的膨压，进而会驱动细胞膨胀、改变气孔的孔径，因此，实现对气孔行为的调控，关键是‘解构’这一过程及其中涉及的分子调节机制。”王一州说。

继往的多数研究将提高植物水分利用效率的努力集中于降低气孔密度。

“气孔密度响应大气中二氧化碳浓度、光照、大气相对湿度和脱落酸的变化，情况复杂，降低气孔密度绝非易事。”王一州说，此外，这种方式会明显降低植物光合作用效率。

年，意大利米兰大学教授AnnaMoroni等开发了蓝光诱导K+通道1（BLINK1），在斑马鱼身上激活了K+通道。

通过努力王一州团队在拟南芥气孔中的保卫细胞中表达了合成的光门控K+通道BLINK1，作为调节植物保卫细胞K+电导和加速光气孔孔径变化的工具，增强驱动气孔孔径的溶质通量，加速光照下的气孔开度和照射后的闭合。

BLINK1提升气孔开闭速率（图片来源于Science,:-）

研究试图通过加快光强度变化加快气孔的开启/关闭。

“也就是当光强度上升时，使得气孔打开得更快，增加二氧化碳进入植物的量；当光强度下降时，使气孔关闭得更快，以减少水分的流失。”王一州说，通过

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