一个来自美国伊利诺伊大学、劳伦斯伯克利国家实验室的科研团队在近日出版的《科学》杂志上刊文称,他们的一项最新研究表明,通过改造植物中的相关基因,可以提高植物光合作用效率,增加植物的捕光能力和生物质生成,从而增加植物产量。
植物会对不同程度的光照和阴影作出适应性反应,例如,在正午阳光直射时,植物为了保护自己,会将某些光能作为热消散掉。这一保护机制名为“非光化学淬灭”,在遇到强太阳光时能够迅速启动,但该机制“恢复”至自然状态的速度则较为缓慢。如果关闭得不够迅速,光合作用就不能有效工作。
伊利诺伊大学的约翰汉尼斯·克罗米迪卡和同事猜测,如果能对光合作用的恢复机制进行操控,或能带来更高的作物产量。研究团队以烟草为研究对象,对参与“非光化学淬灭”过程的3个基因进行改造,使这一机制的关闭速度加快,这意味着植物可以更快地提升阴影下的光合作用效率。
在光照稳定的情况下,改良植物的表现与对照组类似;但是,在光照出现波动时,改良植物的二氧化碳固定能力和光合作用则分别提高了11%和14%。改良植物还有更大的叶面积和高度,其总干重比对照植物要多14%—20%。
论文作者报告称,这些改良植物在温室及野外生长的结果类似。未来几十年,全球人口对食物的需求将大幅增加,这一研究弥补了光合作用中的“缺陷”,有望带来更好的农作物收成。研究人员正在对大米和其他粮食作物进行相同的基因改造,希望在这些作物上也能取得类似的增产结果。
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