Nature Communications：精准调控气孔开闭与促进根系养分吸收相结合实现水稻产量与养分利用效率的双提升

导  读

该项成果不仅为提高作物产量，缓解粮食危机提供了新途径；也为提高农作物和植物的光合能力，增加植被碳汇潜力缓解全球变暖提供了新思路；更重要的是，该成果在实现增产的同时提高肥料利用效率，为减少由化肥使用带来的能源消耗和环境污染提供了新的启示。

来源：北京大学城市与环境学院网站（2021年3月23日）

北京大学城市与环境学院生态研究中心王愔研究员与其合作者经过5年多的研究，通过多地区多年次的大田实验，成功地进行了精准调控气孔开闭和促进根系养分吸收相结合的水稻基因改良，实现了产量与养分利用效率的双提升。该项成果不仅为提高作物产量，缓解粮食危机提供了新途径；也为提高农作物和植物的光合能力，增加植被碳汇潜力缓解全球变暖提供了新思路；更重要的是，该成果在实现增产的同时提高肥料利用效率，为减少由化肥使用带来的能源消耗和环境污染提供了新的启示。

王愔研究员一直致力于气孔调控与植物光合作用能力改善的研究。气孔是植物体表面的微孔，是二氧化碳和水蒸气等气体进出植物体的通道。气孔开闭以及开放的大小、快慢都会直接影响植物体内部的二氧化碳含量，进而影响光合作用的碳同化效率，因此气孔调控对于植物的光合作用十分重要。王愔研究员在攻读博士学位期间就开始从事气孔调控的基础理论研究，在草本植物叶片气孔对单色光响应方面取得了突破性的进展。之后，她应用模式植物拟南芥，率先提出了通过精准调控气孔开闭提高植物光合作用效率和生物量的新方法（Wang et al., 2014, PNAS, https://doi.org/10.1073/pnas.1305438111），引起国内外的广泛关注。今次的成果是她与其合作者把先前的基础理论性成果成功地拓展到农作物的新突破。

图1. 改良后水稻的气孔导度与光合作用速率显著提升

a, 水稻气孔保卫细胞开闭时的形态；b, 在光/暗条件下，改良型与野生型水稻的气孔导度差异；c, 在光/暗条件下，改良型与野生型水稻的光合作用速率差异。（图中，WT为野生型水稻；OSA1#1~#3为改良型水稻。）

图2. 大田实验结果显示改良型水稻的产量和养分利用效率均显著提高

a~c, 大田实验中改良型与野生型水稻的生长、稻穗形态以及种子产量的比较图（其中，WT为野生型水稻；OSA1#1~#3为改良型水稻）；d, 在正常施肥或施肥量减半的条件下，改良型与野生型水稻的产量比较（其中，WT为野生型水稻；OSA1-oxs为3种改良型水稻的平均结果。）

近年来，由于全球人口的增加和城市化进程的加剧，无论是提高全球粮食产量还是增加植被吸收二氧化碳缓解全球变暖，都面临着土地不足的限制，因此，通过技术手段提高植物光合能力就被寄予厚望。另一方面，长期大量使用化肥使作物对养分吸收和利用效率都在逐渐饱和，同时还会造成土壤退化和环境污染，因此越来越迫切地需要提高作物的养分吸收能力和利用效率。本项研究成果同时解决了上述两个方面的问题，为今后同时解决多重生态环境问题开辟了颇具魅力的研究方向。

该成果于2021年2月2日在《自然-通讯》（Nature Communications）杂志正式发表。北京大学城市与环境学院生态研究中心王愔研究员为共同第一作者，主要合作方为日本名古屋大学和南京农业大学。

原文链接

https://www.nature.com/articles/s41467-021-20964-4

 王愔研究员于2019年加盟北京大学城市与环境学院生态研究中心，主要研究方向为植物生理生态、分子生态领域中的光合作用与气孔调控的基础性研究。现诚邀对本领域感兴趣的本科生、研究生、博士后和访问学者等加入课题组，请直接发邮件联系。

博士后招聘启事：https://www.ues.pku.edu.cn/tzgg/321359.htm

王愔研究员个人主页：https://www.ues.pku.edu.cn/szdw/qbjs/w/321372.htm

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