伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校研究人员近日在《植物生理学》发表研究，探讨大豆叶片大小与形状对作物冠层内光分布的影响。研究团队通过受控遗传方法改变叶片形态，发现较窄叶片可在不降低产量的情况下，提高植物对可用光照的利用效率。

该研究由RIPE项目主任、作物生理学查尔斯·阿德莱·尤因讲席教授Lisa Ainsworth领衔。论文第一作者、Ainsworth团队博士后研究员Bishal Tamang表示，研究人员通过单个基因将叶片形状由宽大调整为狭窄，使大豆植株总叶面积减少13%，但产量未出现损失，显示植株能够以更少的叶面积完成同等的产出。

研究指出，大豆作为全球重要作物之一，是蛋白质、油脂和动物饲料的主要来源。大豆植株通常形成多层、较为密集的冠层结构，随着生长，上层叶片会遮挡光线，导致下层叶片处于阴影环境。研究人员认为，当叶片较大且偏圆时，冠层顶部更容易形成覆盖，从而限制光线向下穿透；而叶片变窄后，可形成更有利于光线垂直进入冠层的“通道”，改善冠层内光分布。

在遗传机制方面，研究团队将大豆窄叶性状归因于单一基因GmJAG1。研究人员通过受控育种策略调节GmJAG1基因表达，培育出204个叶片形状不同、但基因组几乎相同的大豆品系，并比较其产量指标（大豆数量及每荚大豆数）与叶面积指数（单位土地面积上的叶面积）之间的关系。

结果显示，窄叶品系的冠层叶面积可减少13%，大豆产量保持不变。研究人员据此认为，冠层叶面积降低意味着光线更易穿透冠层。此外，窄叶大豆品系中四粒豆荚的比例更高。

研究团队表示，上述发现对传统大豆育种思路提出挑战。研究认为，通过GmJAG1单基因调控叶片形状，为培育资源利用效率更高的大豆品系提供了一条路径。

Ainsworth还表示，RIPE项目正在测试多种提高光合作用效率的转基因策略，计算模型显示其中不少策略在高光环境下更有效。她指出，叶面积较低的大豆品系带来的冠层结构改进，可能提高通过转基因方法实现更高光合效率的成功概率。

研究人员称，未来冠层结构的调整有望与其他策略结合，以提升光、水和养分的利用效率，从而提高整体大豆产量。Ainsworth表示，除提升冠层光合作用与产量外，团队也希望提高作物水分利用效率，以应对更温暖、蒸发需求更高的未来环境。