釜山大学 Jo Laehyun 教授团队揭示：利用光合作用产物“蔗糖”分解水稻开花抑制蛋白促进开花

by Jo Chunghyeon

Published 21 Jan.2025 13:14(KST)

Updated 01 Aug.2025 14:40(KST)

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调控粮食作物光合作用与开花期

农业生产力提升战略有望迎来新路径

釜山大学（校长 Choi Jaewon）21日表示，该校植物生命科学系 Cho Raehyun 教授研究团队发布研究结果称，一般被认为是植物主要能源的光合作用产物蔗糖（sucrose，食糖的主要成分），同时还作为促进水稻开花时期的信号物质发挥作用。

“蔗糖（sucrose）”是植物在光合作用过程中生成的主要糖类之一，是由单糖葡萄糖（glucose）和果糖（fructose）结合形成的二糖。蔗糖通过细胞呼吸提供能量，并在植物多种发育及生理过程中发挥重要作用。

釜山大学 Cho Raehyun 教授团队与仁荷大学、庆熙大学研究团队开展共同研究，阐明了蔗糖信号调控水稻开花的机制，并据此说明了蔗糖作为信号传导物质所执行的新功能。

作物的开花时期是提高农作物产量和品质的重要研究课题之一。

作物的开花时期对穗形成、粒数及品质具有重要影响。若开花较早，可避开高温或台风危害，有利于提高产量。但过早开花则可能因营养生长不足和冷害导致受精率下降，进而引发减产风险。相反，若开花较晚，虽然可以躲避高温并确保充足的生育期，但在成熟后期（秋季）可能遭遇冷害或因成熟推迟而导致品质下降的隐忧。

在适宜的时期（温度、湿度、日照长度等条件）开花，是决定作物生产力和品质的关键环节。因此，有必要在理解作物开花生理的基础上，对栽培环境进行优化与调控。尤其是在受气候变化影响、异常气象日益增多的当下，预测随之而来的开花期变化并作出适当应对尤为重要。

本次研究表明，光合作用产物蔗糖不仅是单纯的能源，还同时作为诱导植物开花的信号物质发挥作用。研究团队确认，蔗糖会降低水稻中抑制开花的 Ghd7 蛋白的稳定性，从而促进开花。

Ghd7 是“Grain number, plant height, and heading date7”蛋白，不仅在抑制水稻开花方面发挥作用，也是调控种子产量和植株高度的重要因子。

到达开花时期时，植物筛管内的蔗糖浓度会急剧升高，这一现象暗示蔗糖浓度与开花时期存在密切相关性，但将这两种现象联系起来的分子机制尚未被清晰揭示。尤其是在粮食作物水稻中，关于蔗糖作用的研究几乎尚未开展。

本研究发现，当从外部补充蔗糖时，促进开花的基因表达会增加；相反，在蔗糖运输不正常的突变体或蔗糖分解过度发生的植物中，细胞内蔗糖浓度下降，导致开花被推迟。

研究团队特别阐明了在高蔗糖浓度条件下，IPI1 蛋白如何分解水稻的开花抑制蛋白 Ghd7 的过程。该研究结果表明，蔗糖作为重要信号物质，超越单纯能源的角色，对水稻开花时期进行调控。预计这一发现将为把粮食作物的光合作用与开花期调控相结合、提高农业生产力的策略提供新的研究路径。

Cho Raehyun 教授表示：“本研究的重大意义在于揭示了光合作用产物蔗糖不仅是能源，还作为调控开花时期的信号传导分子发挥作用”，“以此结果为基础，期待今后关于蔗糖作为信号传导物质功能的研究能够得到拓展”。

本研究在韩国研究财团中坚研究者支援项目和农村振兴厅低碳绿色水稻生产技术开发项目的资助下进行，由釜山大学植物生命科学系 Cho Raehyun 教授和博士课程生 Baek Gibum 担任第一作者，仁荷大学生命科学系 Yoon Jinmi 教授团队，以及庆熙大学遗传生命工学系 Ahn Jinhung 教授团队和 Jeon Jongsung 教授团队共同完成。