叶肉导度（g_m）表征CO₂从植物气孔下腔扩散至叶肉细胞羧化反应位点的传输导度；该生理性状是光合作用的重要驱动因子，在作物产量提升和全球植被碳汇评估等方面均扮演了重要角色。然而，g_m的测量一直以来在方法学上存在挑战；例如，由于C₃和C₄植物在生理及叶片解剖结构上存在差异，目前常用的基于叶绿素荧光或碳同位素分馏估算g_m的方法仅针对C₃植物有限适用，却无法应用于占全球植被生产力1/4、并具有高光效和高产量特性的C₄植物（如玉米、高粱、甘蔗等）g_m的测量。近日，bwin中文宋欣教授研究组在植物学著名期刊New Phytologist发表研究论文，报道了利用光合C¹⁸O¹⁶O同位素分馏信号无偏测量C₃和C₄植物g_m的创新性方法（Rao et al. 2024 New Phytologist ;博士后饶森为第一作者，宋欣教授为通讯作者；http://mp.weixin.qq.com/s/ITrZ76TF92hRtDKrPflnMA。该研究聚焦于CO₂在C₃和C₄植物叶片内部扩散的底层、共性生理生化机制，通过对同位素气体交换测量方法的革新解决了从氧同位素分馏到g_m计算方程推导过程中碳酸酐酶活性和氧交换系数无法准确估算的难题，并在此基础上提出了一种针对C₃和C₄植物都适用的（one size fits all）、通用性g_m测量方案。

New Phytologist在研究发表的同期配发了由国际著名生理生态学家、法国农业科学研究院（INRAE）研究部主任Jérôme Ogée教授撰写的题为“A step forward in the study of photosynthetic limitation by CO₂ diffusion into the mesophyll”的评述专文（doi: 10.1111/nph.19767），对宋欣课题组的这项工作进行了推荐和点评。

在该评述文章中，Ogée教授对这项研究成果进行了高度评价，指出：“Rao等人的工作毋庸置疑是一项重要进展（The new study by Rao et al. (2024; doi: 10.1111/nph.19767), published in New Phytologist, is undoubtedly a significant step forward）。通过实时记录稳态气体交换下光合作用氧同位素分馏（D¹⁸O）变化并同步改变叶片蒸腾水汽的氧同位素信号，Rao等人提出了一种全新方法估算叶肉细胞导度（g_m），克服了传统方法无法精准量化叶片水与CO₂氧同位素交换系数（q）的瓶颈。”传统的g_m测量方法由于无法测定CO₂氧同位素交换位点碳酸酐酶的活性，因而主观假定碳酸酐酶活性足够高并足以完全催化水和CO₂达到同位素稳态，即q = 1。文章指出：“这种假设对于C₄植物尤其不准确，这是因为C₄植物碳酸酐酶活性相比C₃植物显著偏低。Rao等人的研究通过在气体交换稳态条件下不对称性引入叶片水分的同位素非稳态标记的方式解决了这个难题，因而得以首次实现在无需依赖主观假设的情境下对g_m和q的同步准确测量。”

文章进一步对光合作用未来的研究方向提出了建设性意见，并在结尾总结部分再次强调这项研究工作的重要意义：“可以肯定，Rao等人提出的g_m测量方法，对于作物科学和全球碳循环研究领域的应用具有重大潜力（For sure, the method proposed by Rao et al. for investigating g_m has great potential ahead, be it for crop sciences or carbon cycle research）。

生命与海洋科学学院

2024年6月25日