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科学家破解植物光合作用 有望使作物产量提高40%

2019年01月04日 10:45 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒New Atlas报道,一个国际研究团队首次证明,通过修复光合作用中的常见“故障”,作物的产量可以提高约40%。这项具有里程碑意义的研究表明,优化植物的光合效率可以显著提高全球粮食生产力。

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光合作用是植物将光能转化为化学能的过程,并不是一个完全有效的过程。光合作用过程中的一个关键阶段是使用一种名为RuBisCO的酶来吸收二氧化碳分子。然而,大约25%的时间RuBisCO错误地收集氧分子,产生植物毒性副产物,破坏整个光合作用过程。光呼吸是植物用于去除这些有问题的副产物的过程。

“光呼吸是抗光合作用,”新研究的第一作者Paul South解释道。“它为植物带来了宝贵的能源和资源,它可以投资于光合作用,以产生更多的生长和产量。”在大豆、水稻和小麦等粮食作物中,估计光呼吸可占植物光合能量的20%至50%。因此,科学家们一直在努力寻找降低光呼吸能量成本的方法。

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实现增加光合作用效率(RIPE)是一项成立于2012年的国际研究项目,其主要目标是通过设计更有效的光合作用技术来开发提高粮食作物产量的方法。该项目主要由比尔和梅林达盖茨基金会资助。今年早些时候,它揭示了一个令人兴奋的简单基因突破,导致作物需要减少25%的水来产生正常的产量。

为了对抗光呼吸的能量成本,一组科学家致力于设计更有效和更短的光呼吸途径。令人难以置信的工作基本上在植物细胞内创造了替代途径,因此可以使用更少的能量更有效地去除有毒副产物。

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“就像巴拿马运河是一项提高贸易效率的工程壮举,这些光吸收捷径是植物工程的一项壮举,它证明了一种独特的方法可以大大提高光合作用的效率,”RIPE项目主任Stephen Long表示。研究人员随后使用烟草作物对新过程进行了测试,烟草作物由于其快速的生命周期和易于改造而成为作物研究的共同目标。

经过两年多的实际测试,发现经过改造的作物比常规作物长得更高,速度更快,生物量高出40%。研究的下一阶段将把这种技术应用于更常见的粮食作物,如大豆、水稻,马铃薯和西红柿,希望它能提高作物的产量。研究人员怀疑,在这一突破可以应用于现实条件之前,将需要十多年时间。

在这种转基因粮食作物广泛种植之前,必然会出现监管斗争以建立安全性。尽管如此,RIPE的一项基本承诺是,这些食品工程创新将免费提供给小农户,因此这些技术突破可以帮助养活第三世界国家不断增长的人口。

这项新研究发表在《科学》杂志上。

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