近日，深圳大學(xué)生命與海洋科學(xué)學(xué)院宋欣教授團(tuán)隊(duì)在植物領(lǐng)域國際著名期刊《新植物學(xué)家》（NEW PHYTOLOGIST）發(fā)表了題為“Harnessing photosynthetic C¹⁸O¹⁶O discrimination dynamics under leaf water nonsteady state to estimate mesophyll conductance: a new, regression-based method”的研究論文。

該研究聚焦光合作用過程中葉片內(nèi)部水分和CO₂的同位素非穩(wěn)態(tài)過程，利用激光同位素光譜儀在線測定光合作用中CO₂的氧同位素分餾（D¹⁸O），從而建立一種全新的、基于同位素非穩(wěn)態(tài)的線性回歸方法，同步測定葉肉細(xì)胞導(dǎo)度（g_m）和葉肉細(xì)胞中水和CO₂的氧同位素交換程度（q）。該研究為理解g_m在作物產(chǎn)量提升和全球碳循環(huán)模型完善等研究領(lǐng)域的重要作用提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。宋欣教授是該論文的通訊作者，其團(tuán)隊(duì)成員饒森博士后為論文第一作者，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)劉濤副教授（團(tuán)隊(duì)原博士后）以及澳大利亞詹姆斯×庫克大學(xué)Lucas A. Cernusak為論文共同作者。

葉肉細(xì)胞導(dǎo)度（g_m）通常被定義為CO₂由細(xì)胞間隙擴(kuò)散至細(xì)胞內(nèi)部發(fā)生首次羧化反應(yīng)位點(diǎn)的阻力的倒數(shù)，是一項(xiàng)顯著影響葉片光合作用的重要性狀指標(biāo)。當(dāng)前關(guān)于g_m測定的常用方法包括A-Ci（光合速率-胞間CO₂濃度）曲線擬合法、氣體交換結(jié)合葉綠素?zé)晒夥ㄒ约肮夂咸纪凰胤逐s（D¹³C）法。然而這三類方法均僅適用碳三植物的g_m測定，無法應(yīng)用于碳四植物。針對這一現(xiàn)象，近年來部分學(xué)者轉(zhuǎn)向測定光合作用過程中CO₂的氧同位素分餾（D¹⁸O），此方法已被證明是兼具測定碳三和碳四植物g_m的唯一可行方法。然而，當(dāng)前的D¹⁸O方法也存在一些缺陷：比如在葉肉細(xì)胞中CO₂的水合作用中，對于水和CO₂的氧同位素交換值q的測定還沒有比較可靠的方法，該指標(biāo)會顯著影響g_m的準(zhǔn)確測定。

在本研究中，作者通過實(shí)驗(yàn)手段操控葉片水的氧同位素信號變化，從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面證明了基于氧同位素非穩(wěn)態(tài)的回歸方法的可靠性。新方法準(zhǔn)確測定了常見的3種碳三和3種碳四植物的g_m和q，并著重討論了與常規(guī)方法之間差異產(chǎn)生的根本原因。此外，本研究在測定碳四植物玉米在對環(huán)境溫度的響應(yīng)過程中，發(fā)現(xiàn)g_m和q呈現(xiàn)負(fù)向變化關(guān)系，否定了q不隨環(huán)境變化這一常規(guī)假設(shè)。作者在論文結(jié)尾也指出，新方法可能存在著一些缺點(diǎn)或不足，呼吁將來在多種生長或測定環(huán)境下，增加測定的物種類型，從而進(jìn)一步提高利用回歸方法測定g_m的準(zhǔn)確性。

該研究得到了國家自然科學(xué)基金和深圳大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新項(xiàng)目支持。

圖 基于同位素非穩(wěn)態(tài)的線性回歸方法測定葉肉細(xì)胞導(dǎo)度（g_m）

原文鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.19767