科学家揭穿了与作物耐寒性的潜在联系

当气温下降时，促进植物生长和产量的酶Rubisco变得迟缓。许多作物通过生产更多的Rubisco来弥补; 然而，科学家推测，一些作物的叶子可能缺乏空间来促进这种酶的产生，使它们更容易受寒。伊利诺伊大学和麻省理工学院的一项新研究驳斥了这一理论，但发现这些作物远未达到其光合作用潜力。

植物科学家们知道大豆，大米和其他C3 作物的叶子中还有额外的Rubisco空间。然而，C4作物 - 如玉米和甘蔗 - 利用叶肉细胞生物化学地将二氧化碳泵入其内部细胞，称为束鞘，其中Rubisco所处的二氧化碳浓度是大气水平的十倍。更多的二氧化碳使Rubisco更有效率。

“但是通过将酶分离到叶子的一部分，是否有足够的空间容纳较低温度下需要的大量Rubisco?” 伊利诺伊州Carl R. Woese基因组生物学研究所Ikenberry Endowed大学作物科学和植物生物学主席Stephen Long说。

该研究发表在“实验植物学杂志”上，测量了Rubisco保持叶绿体的体积，这些叶绿体存在于玉米，甘蔗以及耐寒芒草的束鞘中。该小组得出结论，这些C4作物的叶绿体体积足以容纳足够的Rubisco在低温下进行光合作用。奇怪的是，芒草具有最小的叶绿体，表明叶绿体体积与耐寒性之间没有联系。

“然而这些植物仍无法达到其最大潜在能量输出，”伊利诺伊州博士后研究员，主要作者查尔斯皮尼翁说，他的工作得到了爱德华威廉和简马尔古塞尔的捐赠支持。“现在我们已经排除了空间作为限制因素，我们需要探索其他因素对这些重要作物的耐寒性的影响。”

通过解锁耐寒性的关键，植物科学家可以扩大这些作物的种植区域和季节，以促进全球的食物和生物能源生产。接下来，研究人员计划比较芒草品种的耐寒性，以找出重要的差异。

开放获取的论文“束鞘叶绿体体积可以容纳足够的Rubisco以避免在冷却过程中限制C4光合作用”由Journal of Experimental Botany发表。