上海生科院解析叶片叶肉导度的物理及分子机制

　　叶肉导度用于表征二氧化碳从气孔下腔进入到叶绿体直至被Rubisco固定这一路径的阻力，是限制叶片叶绿体中二氧化碳浓度，进而影响叶片光合速率的重要生理参数。叶肉导度是继气孔导度、光合作用生化限制之后的第三大限制光合效率的重要因素。由于提高叶肉导度可以同时提高叶片水分及光能利用效率，因此其成为光合作用改良的重要靶标。理论上讲，叶肉导度作为一个物理参数，不应受到外界环境影响。然而，实际测量中发现其随光线及CO2变化而变化，而且在不同植物中呈现不同变化趋势。准确解析叶肉导度的物理及分子机制，并阐明其对环境响应的机理，是当前叶肉导度基础及应用研究中的重大课题。

　　中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所朱新广研究组于7月25日在《植物、细胞与环境》（Plant, Cell & Environment）上在线发表了题为Components of Mesophyll Resistance and Their Environmental Responses: A Theoretical Modeling Analysis 的科研成果。该工作通过建立水稻叶片结构的三维重建，精确模拟了光和CO2在叶片内部的物理传播和生化反应过程。研究发现，叶肉导度受四个因素控制：叶片内部光合特性的异质性、呼吸及光呼吸速率、叶绿体被膜对碳酸氢根的通透性、细胞质及叶绿体基质中的碳酸酐酶催化的CO2水化反应。该工作除了发展了精细的三维反应扩散模型之外，同时还发展了叶肉导度解析模型，为开展叶肉导度的生理、生态及机理研究提供了理论工具。

　　该研究工作由朱新广研究组博士肖怡完成。该研究得到了自然科学基金委、科技部、中科院先导专项及盖茨基金会项目等的资助。

　　图注：左上图显示水稻叶片的横剖面，其中黄色标注的是一个具有高度皱褶结构的叶肉细胞；左下图是水稻叶片三维重构效果图，其中放大图代表一个单个细胞，其中中间蓝色部分是液泡，外州绿色部分代表叶绿体层，红色点代表线粒体。右边图代表单个叶肉细胞中涉及的CO2扩散及反应过程。