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碳4光合作用可促进植物生长

发布时间:2019-03-03 17:13:44 编辑:笔名

碳4光合作用可通过改变植物叶片及根系的结构和大小来促进植物生长

2016年4月18日

一项新的研究结果显示,相比更常见碳3(C3)植物,高效的碳4植物可以通过改变植物叶片及根系的形状、大小和结构来加快植物20——100%的生长速度。

由谢菲尔德大学( University of Sheffield)的科学家们主持的这一开创性试验揭示了为何碳4植物会比具有更长进化史的碳3植物长得更快。碳4植物拥有一套复杂的结构及化学装备,它的二氧化碳吸收速度至少比碳3植物快上60倍。

这一发现无疑是该领域的重大突破,研究表明碳4植物并不仅仅拥有超过普通碳3植物100倍的生长速度,还能以性价比的叶片模式换得比碳3植物多50倍的根系数量。

因为根系可以从土壤中吸收水分和养分,那碳4植物的这一特性就具有极为重要的应用前景。通过生物工程手段对水稻等作物进行改良,就算是在热带稀树草原和草场地区那样贫瘠干旱的土壤中生长的作物也可以在获得高产的同时持续性的利用土壤资源。

论文的作者,同时也是该校可持续未来格兰瑟姆研究中心(Grantham Centre for Sustainable Futures)副主任的ColinOsborne教授介绍说:“光合作用通过将光能转化成植物生长所需的糖类来为地球上绝大多数的生命体提供能量。“

“热带植物进化出的碳4光合模式较传统碳3模式可生产出更多生长所需的糖分,草类也通过碳4光合模式占领了地球上的热带稀树草原。此外,玉米和甘蔗获得更高的产量也受益于此。”

“其实,碳4光合作用对于人们并不陌生,它就好像代表了一个个不断刷新植物生长记录的代名词,但是绝大多数的植物并不可能拥有如此迅猛的长势,事实上不同物种的生长速度可能相差近十倍。我们的试验通过对近400种禾草种类进行比较得到了足以改变我们碳4光合作用既有认识的发现。”

世界上只有3%的植物种类有与生俱来的碳4光合机制,但是它们所完成的碳固定值却占到全球所有植物的25%。这些碳4禾草植物中就包括对人类粮食和能源供应及其重要的作物种类,

碳4光合作用可促进植物生长

而热带稀树草原上生长的碳4草类则为地球上超过十亿的人口提供了至关重要的生态功能。

Osborne教授补充说到:“认识到碳4光合机制是如何改变植物生长,对植物进化、作物生产和生态系统研究方面具有关键性作用。”

“让我们意外的是,在研究的过程中我们发现碳4植物快速生长的幼苗源于 低成本 (即为并非叶面积)叶片的出现,而非人们之前所认为的单片叶面的快速生长。”

“碳4植物叶片的组织密度较低,因此在消耗等量二氧化碳时它们可以生成更多的叶片,这说明碳4植物比碳3植物在根系上投入了更多的资本。”

相关论文刊登在2016年4月18号的《自然植物》(Nature Plants)杂志上,时值全球的科学家齐聚澳大利亚堪培拉,庆祝哈奇(Hal Hatch)和斯莱克(Roger Slack)博士发现碳4光合途径50周年活动一周后。

期刊来源:自然植物

资料提供:谢菲尔德大学

翻译: 冼 妍

审校: 颜 磊

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