研究揭示了C₄生物能源作物的叶片性状和生产力

由高级生物能源和生物产品创新中心(CABBI)的研究人员领导的一项研究提高了对叶片功能关系的理解，并为模拟C4生物能源作物生产力的科学家提供了有价值的新信息。

研究小组发现芒草和高粱——这两种C4植物物种——占据了叶片经济光谱(LES)的独特生态位，比更常见的C3植物具有更高的光合速率和氮利用效率。

该研究发表在《植物、细胞与环境》杂志上，由CABBI博士后研究员李帅与美国农业部农业研究局(USDA-ARS)全球变化和光合作用研究部的植物生理学家兼教授LisaAinsworth共同领导。诺伊大学厄巴纳-香槟分校植物生物学博士和CarlR.Woese基因组生物学研究所(IGB)。

LES描述了叶片性状之间的关系，反映了植物资源获取和利用的关键生态策略的基本权衡。它主要基于自然环境中C3物种的信息，很少在C4作物中进行研究，这些作物使用不同的碳固定过程：C4植物将阳光能量转化为4碳分子，而第一个光合作用产物C3植物是一种三碳分子。C4植物约占陆地植物物种的3%，但包括世界范围内的主要食物和生物燃料来源，例如玉米、高粱和芒草。

CABBI研究人员表明，C4生物能源作物占据了LES的独特范围，具有更高的光合速率和更高的氮利用效率。此外，与C3植物相比，具有不同倍性水平(或染色体对数)的Miscanthus×giganteus基因型表现出叶性状差异和不同的叶功能关系。

Ainsworth说，通过扩展LES中描述的性状关系以包括农业条件下的C4作物，该研究增强了对全球叶片功能关系模式的理解，并提供了对提高资源利用效率的倍性潜力的洞察。

“这项研究利用诺伊州和密西西比州种植的芒草来测试叶片特性在不同品系和不同环境中的变化，”安斯沃思说。“我们研究了不同芒草品系对叶片结构和营养成分的投资——这些信息对于模拟生物能源作物的生产力和种植地点至关重要。”