基因工程改造使他們能夠人工提高實(shí)驗(yàn)植物的光合作用
“更有效的綠色”——植物研究人員成功地做了一些驚人的事情:基因工程改造使他們能夠人工提高實(shí)驗(yàn)植物的光合作用。因此,他們實(shí)現(xiàn)了超過15%的生物量產(chǎn)量增長。研究人員說,這個概念可能適用于許多作物。產(chǎn)量大幅度增加似乎是可能的。
光合作用的重要性至關(guān)重要:通過這一過程,植物將陽光轉(zhuǎn)化為生命的能量載體,并釋放出額外的氧氣。它們從水、二氧化碳和光能中產(chǎn)生富含能量的物質(zhì),這些物質(zhì)構(gòu)成了食物鏈的基礎(chǔ),也保護(hù)了人類的營養(yǎng)。因此,水稻、玉米和鈷為我們提供能源,人口持續(xù)增加。專家警告說,旗桿的末端將很快到達(dá)。傳統(tǒng)作物產(chǎn)量的增加無法與預(yù)期的人口增長相抗衡。一些科學(xué)家說,只有綠色基因工程才能再次提高產(chǎn)量。
基于
伊利諾伊大學(xué)的斯蒂芬龍的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)著手研究植物的光合作用是否可以人工增加。它們的出發(fā)點(diǎn)實(shí)際上并不是光合作用本身,而是一種保護(hù)機(jī)制:如果植物獲得太多的光,它們可能會被破壞。因此,在這種情況下,他們提出了一種保護(hù)機(jī)制,通過將光合系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為熱量來防止光合系統(tǒng)產(chǎn)生過多的輻射能。這種保護(hù)機(jī)制被稱為“非光化學(xué)猝滅”(NPQ)。
然而,根據(jù)研究人員的說法,它在NPQ是一個相對惰性的系統(tǒng):即使在強(qiáng)烈的輻射下,它也能工作,并且它的光子晶體會在很長一段時間后減少工廠,即使例如云突然變暗?,F(xiàn)在,科學(xué)家們找到了一種方法,可以加速從NPQ輻射防護(hù)到陰影下更多光合作用的轉(zhuǎn)化過程。
據(jù)他們報道,植物中有三個基因或其蛋白質(zhì)負(fù)責(zé)NPQ輻射防護(hù)。為了測試通過影響這些基因可以達(dá)到的效果,他們生產(chǎn)了轉(zhuǎn)基因煙草植物,其中這三個基因的活性被人工提高。然而,研究人員強(qiáng)調(diào),在這種情況下,煙草僅被用作模型植物,因?yàn)樗梢院苋菀椎剡M(jìn)行基因改造和培育。
顯示
可以顯著提高產(chǎn)量。
對這些植物的檢查表明,這三個基因活性的增加實(shí)際上導(dǎo)致了NPQ輻射防護(hù)更快地切換回陰影中改善的光合作用。通過這種方式,溫室和田間實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)暴露在不斷變化的光照條件下時,植物獲得了更高的整體性能。
科學(xué)家報告說,最終,光合性能的提高使生物量產(chǎn)量增加了15%到20%。正如他們解釋的那樣,光合作用的一半通常發(fā)生在陰涼處,因此加速轉(zhuǎn)換機(jī)制可以提供如此強(qiáng)大的積極效果。
雖然不清楚其他植物是否也能從這個概念中受益,但研究人員仍然充滿信心:“我們正在修改的分子過程是光合植物的基礎(chǔ)。因此,我們希望在其他作物中提供類似的產(chǎn)量增加,”加州大學(xué)伯克利分校的合著者克里希納尼約吉說。
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