根据伊利诺伊大学的最新研究，可以提高植物的叶肉电导率。叶肉导度在光合作用中起着关键作用，是指CO 2在到达最终转化为糖以供给植物(碳固定)的位置之前通过叶子细胞扩散的难易程度。

CO 2在穿过叶子时面临障碍，包括其自身的细胞壁。 Long 实验室的研究人员发现，通过增加渗透性并稍微减少细胞壁的厚度，他们可以增加模型作物中CO 2 的扩散和吸收。

“这是为数不多的成功的概念测试之一，表明我们可以设计增加叶肉电导度，并增加田间的光合作用，”长实验室的博士后研究员、论文的主要作者 Coralie Salesse-Smith 说。有关该研究的论文发表在《植物生物技术杂志》上。

“理论告诉我们，增加叶肉导度以增加光合作用可以在不增加水成本的情况下实现。考虑到提高作物产量和可持续用水的迫切需要，这一点很重要。”

光合作用是所有植物将阳光、水和二氧化碳转化为能量和产量的自然过程。 CO 2成为植物有用糖(能量)的旅程始于它穿过叶子上称为气孔的小孔。

为了让 CO 2到达叶绿体(在那里转化为糖)，它必须穿过许多屏障，包括细胞壁。研究小组假设，如果他们能够通过使这些屏障更容易穿过来改善CO 2穿过细胞壁的扩散，那么就会提高叶肉传导性，进而提高光合作用效率。叶肉导度的增加意味着植物将有更多的CO 2转化为食物。

Salesse-Smith 的实现增加光合效率 (RIPE) 同事之前发表的一篇论文表明，较薄的细胞壁与较高的叶肉电导相关。这表明有意降低壁的厚度可以改变CO 2通过叶子的容易程度，从而可能增加光合作用。受到这篇论文的启发，Salesse-Smith 希望在模型工厂中测试这个想法。

在回顾了文献之后，Salesse-Smith 将她的注意力集中在过度表达 CGR3 或增加 CGR3 的数量上，CGR3 是一种已被证明可以改变细胞壁成分的基因。该基因被插入到一个烟草品种中，并在 2022 年生长季节的田间试验中与没有该基因的植物一起生长。烟草被用作模型植物，因为它更容易在实验室和田间环境中使用，而且还因为它允许研究人员以比粮食作物更快的速度测试遗传学。

“针对细胞壁非常重要，因为它是限制叶肉传导性的主要成分之一。减少其厚度并使其更具渗透性将使 CO 2更容易到达碳固定部位，”Salesse-Smith 说，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 Long 实验室 RIPE 博士后研究员。

“通过过度表达目标基因，我们能够减少细胞壁厚度并增加其渗透性，正如我们假设的那样，最终确实增加了叶肉传导性，进而增加了光合作用。”

由伊利诺伊州领导的 RIPE 正在通过改善光合作用来提高作物的生产力，光合作用是所有植物将阳光转化为能量的自然过程。

与没有添加该基因的植物相比，过度表达 CGR3 基因的植物细胞壁厚度减少了 7-13%，孔隙率增加了 75%。该团队实现了改变细胞壁的目标，但真正衡量成功的标准是数据还显示田间光合作用增加了 8%。

“我们希望这种修改能够让更多的 CO 2进入叶绿体并用于以糖的形式产生能量，这就是所发生的事情，但仅仅因为它在模型作物中起作用并不意味着你就得到了粮食作物也有同样的结果，”Salesse-Smith 说。

“重要的是测试大豆中发生的情况，看看是否会实现叶肉导度和光合作用的相同改善，以及这是否会导致产量提高。”

有了这些结果，该团队正在努力在大豆中测试这种修饰，看看是否可以提高粮食作物的光合作用、水分利用效率和产量。大豆田间试验最早可能在 2025 年生长季节进行。

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