武汉植物园在水鳖科两种大型淡水植物CO2浓缩机制研究取得进展
沉水植物缺乏功能性气孔，植物体-水体边界存在着阻隔气体扩散的静水层，水中自由CO2 扩散缓慢，这些因素使水生植物普遍受到低浓度无机碳的胁迫。为获得无机碳，沉水植物在形态结构和生理生化上表现一定的特性，包括薄的叶片层以及对HCO3利用的能力，拟C4型和CAM型光合代谢途径的选择。沉水植物C4 和CAM光合代谢是沉水植物在环境胁迫下增加CO2浓度的一种适应，具有生理可塑性。
中国科学院武汉植物园水生植物生物学学科组硕士研究生张艺之在尹黎燕副研究员的指导下，利用 pH-drift 技术、Gran 滴定、昼夜酸度滴定、光合关键酶活性的测定等方法，研究了高浓度（～400 µmol L-1）、低浓度（～5 µmol L-1) CO2对水鳖科植物龙舌草（Ottelia alismoides）和海菜花（Ottelia acuminata）光合CO2浓缩机制的影响。结果表明：两种植物都具有利用水中 HCO3-的能力，提取吸收水中无机碳的能力较强。龙舌草存在夜晚酸积累现象，昼夜∆H+ 为34 μequiv g-1 FW，可能存在景天酸代谢机制。不同处理后，海菜花的PEPC/Rubisco的值均为1.8，龙舌草高浓度处理后为2.8，低浓度处理后比值为5.9；PEPC、PPDK的活性增加约2倍；两种植物的脱羧酶NADP-ME活性都很低，而龙舌草的NAD-ME活性随着PEPC活性增加而增加。表明龙舌草尽管没有Kranz结构，但可能是NAD-ME亚型的C4植物。研究结果表明水鳖科的海菜花和龙舌草有着不同的光合CO2浓缩机制来获取无机碳。本文为水生植物中发现新的拟C4植物与CAM植物种类、阐明环境因子在水生植物无机碳利用策略选择中的作用、为高等植物C4与CAM光合途径的起源、进化及其生态学意义提供一定理论依据，为通过基因工程手段提高植物光合碳同化效率奠定基础。
本实验受到中国科学院中国科学院外国专家特聘研究员计划(2010T2S14, 2013T1S0021) 和国家自然科学基金 (30700083)的资助。相关研究成果已在植物学领域期刊Photosynthesis Research上发表。
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光合作用关键酶活性比较图
