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甘蔗所在甘蔗近缘属植物叶片蒸腾效率研究取得进展

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近日,云南省农业科学院甘蔗研究所(以下简称“甘蔗所”)省高端科技人才计划引进项目团队在甘蔗及其近缘属植物叶片固有蒸腾效率(Intrinsictranspirationefficiency,TEi)方面的研究取得了新进展,首次阐明甘蔗近缘属植物基因型间气孔导度和光合性能差异同为TEi差异产生的原因,其中光合性能差异为主要原因,同时还为高TEi材料的大规模筛选提供了优化方案。相关研究论文“Genotypicvariationintranspirationefficiencyduetodifferencesinphotosyntheticcapacityamongsugarcane-relatedclones”在线发表在《JournalofExperimentalBotany》杂志(影响因子5.677,五年影响因子6.229)。  甘蔗是主要糖料作物,干旱胁迫是蔗区甘蔗生长的首要影响因素,同时由于蔗区灌溉成本的提高,培育高水分利用效率品种,对水田和旱作甘蔗均具有重要意义。叶片TEi为光合速率与气孔导度的比值,是植株整体水分利用效率的重要组成部分,培育具有高TEi叶片的品种可提高现有水分获取条件下的蔗茎产量。然而,高TEi可由气孔导度降低造成,而较低的气孔导度又意味着生长速率的减慢,片面选择高TEi基因型可能无法达到增产效果,甚至适得其反。这一矛盾大大限制了TEi性状在作物抗旱育种和水分利用效率改良中的应用。  针对这一问题,该团队对国家甘蔗种质资源圃内的20份甘蔗近缘属植物开展了光合气体交换研究。对1325片单叶的光合气体交换数据分析发现,TEi相关性状在不同基因型间均存在显著差异,其广义遗传力均达0.88以上,表明这些差异主要是遗传因素造成的。进一步分析表明,作为一个复合性状,TEi可分解为两部分,分别由光合性能(TEduetophotosynthesiscapacity,TEpc)和气孔导度驱动(TEduetostomatalconductance,TEgs)。相关分析显示,TEpc和TEgs各自独立的遗传差异造成了TEi在甘蔗近缘属植物不同基因型间的显著变异,其中TEpc为主要原因。这一研究结果揭示了甘蔗种质资源不同基因型间TEi变化的生理机制,为使用该指标进行甘蔗抗旱遗传改良奠定了理论基础。  根据以上研究结果,种质资源团队还筛选获得了一批兼具高光效和高蒸腾效率的甘蔗种质资源。并以所得数据对测量过程进行模拟,发现以相对较少的观测强度(16次)即可获得相对理想的广义遗传力和较为可靠的筛选结果,从而为大规模的TEi筛选提供了优化方案。  本研究由云南省高端科技人才引进计划项目“甘蔗抗旱育种技术研究与种质改良”的资助,在项目负责人范源洪研究员和项目引进人才澳大利亚联邦科学院PhillipJackson博士团队指导下完成。甘蔗所李纯佳助理研究员为第一作者。

  近日,云南省农业科学院甘蔗研究所(以下简称“甘蔗所”)省高端科技人才计划引进项目团队在甘蔗及其近缘属植物叶片固有蒸腾效率(Intrinsic transpiration efficiency,TEi)方面的研究取得了新进展,首次阐明甘蔗近缘属植物基因型间气孔导度和光合性能差异同为TEi差异产生的原因,其中光合性能差异为主要原因,同时还为高TEi材料的大规模筛选提供了优化方案。相关研究论文“Genotypic variation in transpiration efficiency due to differences in photosynthetic capacity among sugarcane-related clones”在线发表在《Journal of Experimental Botany》杂志(影响因子5.677,五年影响因子6.229)。

  甘蔗是主要糖料作物,干旱胁迫是蔗区甘蔗生长的首要影响因素,同时由于蔗区灌溉成本的提高,培育高水分利用效率品种,对水田和旱作甘蔗均具有重要意义。叶片TEi为光合速率与气孔导度的比值,是植株整体水分利用效率的重要组成部分,培育具有高TEi叶片的品种可提高现有水分获取条件下的蔗茎产量。然而,高TEi可由气孔导度降低造成,而较低的气孔导度又意味着生长速率的减慢,片面选择高TEi基因型可能无法达到增产效果,甚至适得其反。这一矛盾大大限制了TEi性状在作物抗旱育种和水分利用效率改良中的应用。

  针对这一问题,该团队对国家甘蔗种质资源圃内的20份甘蔗近缘属植物开展了光合气体交换研究。对1325片单叶的光合气体交换数据分析发现,TEi相关性状在不同基因型间均存在显著差异,其广义遗传力均达0.88以上,表明这些差异主要是遗传因素造成的。进一步分析表明,作为一个复合性状,TEi可分解为两部分,分别由光合性能(TE due to photosynthesis capacity,TEpc)和气孔导度驱动(TE due to stomatal conductance,TEgs)。相关分析显示,TEpc和TEgs各自独立的遗传差异造成了TEi在甘蔗近缘属植物不同基因型间的显著变异,其中TEpc为主要原因。这一研究结果揭示了甘蔗种质资源不同基因型间TEi变化的生理机制,为使用该指标进行甘蔗抗旱遗传改良奠定了理论基础。

  根据以上研究结果,种质资源团队还筛选获得了一批兼具高光效和高蒸腾效率的甘蔗种质资源。并以所得数据对测量过程进行模拟,发现以相对较少的观测强度(16次)即可获得相对理想的广义遗传力和较为可靠的筛选结果,从而为大规模的TEi筛选提供了优化方案。

  本研究由云南省高端科技人才引进计划项目“甘蔗抗旱育种技术研究与种质改良”的资助,在项目负责人范源洪研究员和项目引进人才澳大利亚联邦科学院Phillip Jackson博士团队指导下完成。甘蔗所李纯佳助理研究员为第一作者。

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