近日，深圳大学生命与海洋科学学院宋欣教授团队在植物领域国际著名期刊《新植物学家》（NEW PHYTOLOGIST）发表了题为“Harnessing photosynthetic C¹⁸O¹⁶O discrimination dynamics under leaf water nonsteady state to estimate mesophyll conductance: a new, regression-based method”的研究论文。

该研究聚焦光合作用过程中叶片内部水分和CO₂的同位素非稳态过程，利用激光同位素光谱仪在线测定光合作用中CO₂的氧同位素分馏（D¹⁸O），从而建立一种全新的、基于同位素非稳态的线性回归方法，同步测定叶肉细胞导度（g_m）和叶肉细胞中水和CO₂的氧同位素交换程度（q）。该研究为理解g_m在作物产量提升和全球碳循环模型完善等研究领域的重要作用提供坚实的理论基础。宋欣教授是该论文的通讯作者，其团队成员饶森博士后为论文第一作者，四川农业大学刘涛副教授（团队原博士后）以及澳大利亚詹姆斯×库克大学Lucas A. Cernusak为论文共同作者。

叶肉细胞导度（g_m）通常被定义为CO₂由细胞间隙扩散至细胞内部发生首次羧化反应位点的阻力的倒数，是一项显著影响叶片光合作用的重要性状指标。当前关于g_m测定的常用方法包括A-Ci（光合速率-胞间CO₂浓度）曲线拟合法、气体交换结合叶绿素荧光法以及光合碳同位素分馏（D¹³C）法。然而这三类方法均仅适用碳三植物的g_m测定，无法应用于碳四植物。针对这一现象，近年来部分学者转向测定光合作用过程中CO₂的氧同位素分馏（D¹⁸O），此方法已被证明是兼具测定碳三和碳四植物g_m的唯一可行方法。然而，当前的D¹⁸O方法也存在一些缺陷：比如在叶肉细胞中CO₂的水合作用中，对于水和CO₂的氧同位素交换值q的测定还没有比较可靠的方法，该指标会显著影响g_m的准确测定。

在本研究中，作者通过实验手段操控叶片水的氧同位素信号变化，从理论和实验两方面证明了基于氧同位素非稳态的回归方法的可靠性。新方法准确测定了常见的3种碳三和3种碳四植物的g_m和q，并着重讨论了与常规方法之间差异产生的根本原因。此外，本研究在测定碳四植物玉米在对环境温度的响应过程中，发现g_m和q呈现负向变化关系，否定了q不随环境变化这一常规假设。作者在论文结尾也指出，新方法可能存在着一些缺点或不足，呼吁将来在多种生长或测定环境下，增加测定的物种类型，从而进一步提高利用回归方法测定g_m的准确性。

该研究得到了国家自然科学基金和深圳大学研究团队创新项目支持。

图基于同位素非稳态的线性回归方法测定叶肉细胞导度（g_m）

原文链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19767

生命与海洋科学学院

2024年4月27日