夏天，在一片金黄色油菜花地里，大多数绿叶早已枯萎和消失。这一观察表明，荚果本身可能在种子灌浆的关键发育后期提供光合产物，这一理论得到了在结荚植物中通过遮光、转录组和蛋白质组评估进行的研究的支持，并通过高分辨率成像的果实代谢物水平进行了描述。然而，分析荚果光合作用对籽粒产量的贡献还未涉及代谢通量的综合研究。因此，关于荚果光合代谢与最终种子产量的农业相关性仍未得到解答。

 

 

图：亚麻荠植株（Camelina sativa）

 

在这项研究中，豆荚壁光合作用对种子生物量的重要贡献以及提高作物生产力的潜力在新兴油料作物亚麻荠中得到了证明和量化。科研人员以亚麻荠（Camelina sativa）为研究对象，在亚麻荠种子中期发育时进行了评估，当时油和蛋白质的产量很高。荧光染料证实代谢物可以从荚果壁表面移动到发育中的种子。通过植物体内13C同位素示踪（U-13C葡萄糖，13C碳酸氢钠，13CO2、U-13C-苹果酸和U-13C-谷氨酰胺；产品购自剑桥同位素实验室Cambridge Isotope），并通过独特的完整荚果标记系统和定量描述种子灌浆过程中代谢协调的计算多组织通量模型，详细阐述了生殖成分之间的代谢相互作用网络。

 

图：同位素标记的实验逻辑

 

研究发现亚麻荠中荚果通过近端光合作用同化多达一半(33%-45%)的种子碳。通过捕获完整的组织代谢，研究揭示了叶片以外的植物结构的贡献，以实现种子填充和最大限度地增加有活力的种子数量。在没有叶片的情况下，荚壁的潜在能力贡献了约79 %的种子生物量，支持了更大的种子库容量和更高的理论产量，为作物生产力的提高提供了机会。

 

图：同位素源连续饲喂16 h后同位素体对蔗糖的分配