伊利諾伊州香檳市——科學家們開發(fā)并部署了一系列新的成像和機器學習工具，以發(fā)現有助于作物光合作用過程中水分利用效率的屬性，并揭示這些性狀變異的遺傳基礎。
這些發(fā)現在伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校研究生 Jiayang (Kevin) Xie 和 Parthiban Prakash 以及博士后研究人員 John Ferguson、Samuel Fernandes 和 Charles Pignon 領導的四篇研究論文中進行了描述。
負責這項研究的伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校植物生物學和作物科學教授Andrew Leakey說，目標是培育或改造在不犧牲產量的情況下更擅長節(jié)水的作物。
“干旱壓力比其他任何事情都更能限制農業(yè)生產，”利基說。“科學家們正在努力尋找方法，在不減少葉子吸收的二氧化碳量的情況下，最大限度地減少植物葉子的水分流失。”
植物通過葉子上稱為氣孔的小孔“吸入”二氧化碳。二氧化碳驅動光合作用并有助于植物生長。但是氣孔也允許水分以水蒸氣的形式逸出。
“葉子和大氣之間交換的水蒸氣和二氧化碳的量取決于氣孔的數量、大小以及它們響應環(huán)境信號而打開或關閉的速度，”Leakey 說。“如果降雨量少或空氣太熱太干燥，可能沒有足夠的水來滿足需求，導致光合作用、生產力和生存率降低。”
為了更好地了解玉米、高粱和狗尾草等植物的這一過程，該團隊分析了其葉子上的氣孔如何影響植物的水分利用效率。
“我們調查了這些密切相關物種中氣孔關閉運動的數量、大小和速度，”Leakey 說。“這是非常具有挑戰(zhàn)性的，因為測量這些特征的傳統方法非常緩慢和費力。”
例如，確定氣孔密度以前需要在顯微鏡下手動計算氣孔。Leakey 說，這種方法的緩慢意味著科學家無法分析大型數據集。
“葉表皮的許多特征通常無法測量，因為這需要太多時間，”他說。“或者，如果他們得到測量，那是在非常小的實驗中。而且你無法通過一個非常小的實驗來發(fā)現一個性狀的遺傳基礎。”
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