南京师范大学迟伟团队发现提高水稻光能利用效率与产量的新途径|光能|单叶|南京师范大学|叶绿素|叶色|植株|水稻|迟伟

光合作用是作物产量的“总引擎”。能否通过提高光能利用效率来增加产量，一直是农业科学家的梦想。近日，南京师范大学生命科学学院迟伟教授团队在国际主流学术期刊Plant, Cell & Environment上发表了题为Pale-Green Rice with Enhanced Photoprotection and Yield Potential via the Inactivation of BALANCE of CHLOROPHYLL METABOLISM的研究论文，发现了一个调控水稻叶色的关键基因，能让水稻在合适的时候自动“换上淡妆”，从而提高群体光合效率，并显著增加产量。

早在上世纪40年代，大豆育种学家就注意到一个反直觉的现象：在大田栽培条件下，叶色偏淡黄（pale-green）的品种，反而比叶色深绿的品种具有更强的光合优势。原来，在长期进化中，大多数植物的叶绿素合成其实是“过度投资”的，这是为了在群体竞争中尽可能多捕获光能。但适度降低叶绿素含量，并不会削弱单张叶片的光合能力，反而能让更多蓝光和红光穿透冠层、照到底部叶片，从而提高整个群体的光合效率，但是不能牺牲单叶的光合性能。如何在“单叶效率”与“群体透光”之间找到精妙的平衡，一直是育种学家孜孜以求的目标。

迟伟团队在水稻中发现了一个重要的基因BCM（叶绿素代谢平衡调控因子）。与很多已知的叶色基因不同，BCM有一个非常“聪明”的特点：在幼苗期，BCM基因被破坏后，水稻叶片依然是正常的绿色，不受影响。但到了分蘖期（水稻开始“分叉”、株型变大的阶段），叶片会自动转为淡黄色。这种“发育依赖型”的叶色变化，恰好契合了水稻不同生长阶段的光能需求。在幼苗期，植株矮小，群体遮挡不严重，保持绿色能提供充足能量，让幼苗茁壮成长。在分蘖期：植株变大，互相遮挡加剧。此时叶片适度“变淡”，反而增加了冠层透光率，让中下层叶片也能高效光合。更令人惊喜的是，叶片变黄后，水稻对光抑制的耐受能力不但没有下降，反而明显提高这意味着在强光下，它能更好地保护自己的光合“机器”。

为了验证这一“智能变色”策略的实际效果，研究团队连续三年对bcm突变体水稻进行了小区试验。结果发现：与野生型水稻相比，bcm突变体的种子明显增大，千粒重显著提高。这表明，通过精准调控叶绿素含量，完全可以在不牺牲单叶光合性能的前提下，提升群体产量。