Credit: James Baltz/College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences

眾所周知，植物都是通過光合作用來獲取能量的，但是地球上大部分的植物在光合作用時都出了偏差，使得他們不得不在漫長的進(jìn)化中額外進(jìn)化出了一個名為“光呼吸”的步驟來修正這一偏差，但是這也導(dǎo)致大量的能量浪費(fèi)，光合作用的整體效率相對較低。而最近燈塔國伊利諾伊大學(xué)的研究人員在《科學(xué)》上發(fā)表的一篇論文表示他們改進(jìn)了植物的這一問題的一部分，應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)農(nóng)業(yè)中的話可以使植物的光合作用效率提高40%以上。

如果簡單的用全球農(nóng)作物產(chǎn)量來換算一下的話，之前植物損失掉的光合作用的能量可以輕松養(yǎng)活2億人口。以下是對植物光合作用缺陷的簡單描述：

大部分植物在進(jìn)行光合作用的時候，都要經(jīng)過一個關(guān)鍵步驟，即核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶加氧酶(簡稱RuBisCO)將二氧化碳楔入到化合物核酮糖-1,5-二磷酸(簡稱RuBP)中。在每天大約20%的時間里，RuBisCO會錯誤地將氧分子當(dāng)成二氧化碳分子楔入到RuBP中，這個過程不僅浪費(fèi)了氧氣和其他資源，還產(chǎn)生了乙醇酸鹽和氨這兩種有毒的化合物。而隨著全球氣溫的升高，Rubisco從空氣中提取二氧化碳的難度更大，從而導(dǎo)致更多的光呼吸產(chǎn)生

而植物通過光呼吸消耗一定的能量和營養(yǎng)物質(zhì)解決了這一問題。而科學(xué)家們對這一鏈條中改進(jìn)的部分正是光呼吸的部分，我們可以簡單的把其認(rèn)為是植物的自我解毒過程。科學(xué)家們通過設(shè)計(jì)新的替代路徑來提高光呼吸過程的效率，使得植物能消耗更少的能量和營養(yǎng)物質(zhì)就得以完成自我解毒的過程。

光呼吸通常在植物細(xì)胞中的三個小室進(jìn)行復(fù)雜的作用，而為了減少光呼吸的產(chǎn)生，要么減少上一步中Rubisco錯誤嵌入氧分子的產(chǎn)生；要么制造一種生物酶能夠直接替代光呼吸作用的效果。而研究小組正是通過基因剪輯技術(shù)，使用了植物蘋果酸合成酶基因和一個綠藻基因來合成了一種乙醇酸脫氫酶，這種酶可以直接消耗掉錯誤合成的乙醇酸鹽等物質(zhì)。

兩年多來，科學(xué)家們通過對1700多株不同基因結(jié)構(gòu)植物的培養(yǎng)篩選，成功的發(fā)現(xiàn)了這一最具有效率的基因組合，具有這種基因組合的植物其生物體質(zhì)量相比平均值高出了約40%。而研究小組現(xiàn)在正在測試這種基因組合對一些農(nóng)作物的影響，包括大豆、豇豆、大米、土豆、番茄和茄子，以期成功提高其產(chǎn)量。

本文譯自 phys，由譯者 利維坦 基于創(chuàng)作共用協(xié)議(BY-NC)發(fā)布。

總結(jié)

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