C4 生物能源草在波動(dòng)的光線下努力提高生產(chǎn)力

隨著全球人口的持續(xù)增長，世界面臨的主要挑戰(zhàn)之一是如何提供滿足社會(huì)需求的可持續(xù)能源。生物能源作物作為一種可再生能源受到越來越多的關(guān)注，但其生產(chǎn)力尚未完全實(shí)現(xiàn)。

在最近發(fā)表在GCB Bioenergy 上的一項(xiàng)研究中，伊利諾伊大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)評估了波動(dòng)光期間生物能源草種光合效率的局限性。

光合作用是植物將陽光轉(zhuǎn)化為能量的自然過程。植物分為兩種主要類型的光合作用，C3 和 C4。兩種類型之間的區(qū)別在于，C4 植物采用碳濃縮機(jī)制 (CCM)，這會(huì)增加 Rubisco 酶周圍的二氧化碳濃度。由于這種 CCM，C4 植物往往具有更高的水和氮利用效率。雖然已知在光照波動(dòng)期間光合效率會(huì)降低，但與 C3 植物相比，C4 植物是否面臨更大的效率降低仍然未知。

“我們想知道 C3 和 C4 植物對波動(dòng)光的反應(yīng)，因?yàn)榇筇镒魑锝?jīng)歷的限制因素之一是由于重疊的葉子、風(fēng)或經(jīng)過的云層的陰影以及太陽全天變化的角度而改變光，”伊利諾伊州的博士后研究員 Moonsub Lee 說，他領(lǐng)導(dǎo)了一項(xiàng)名為“用超高產(chǎn)能量甘蔗產(chǎn)生的可再生油(ROGUE)”的研究項(xiàng)目。

由伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校領(lǐng)導(dǎo)的 ROGUE 正在設(shè)計(jì)兩種美國產(chǎn)量最高的作物——能源甘蔗和芒草——以創(chuàng)造豐富且可持續(xù)的石油供應(yīng)，可用于生產(chǎn)生物柴油、生物噴氣燃料和生物產(chǎn)品.ROGUE 得到生物與環(huán)境研究辦公室和美國能源部的支持。

該項(xiàng)目的研究人員旨在通過檢查其葉片氣體交換來評估 C3 和 C4 生物能源草物種在穩(wěn)態(tài)和波動(dòng)光照條件下的光合性能。他們研究了 12 種不同的生物能源草種，其中 6 種是 C3 種，另外 6 種是 C4。

“總體而言，在波動(dòng)的光線下，C4 物種比 C3 物種吸收了更多的碳，這兩種類型吸收的碳比基于穩(wěn)態(tài)測量的預(yù)期少約 16%，”伊利諾伊州實(shí)現(xiàn)提高光合效率的博士后研究員 Ryan Boyd 說(RIPE) 項(xiàng)目，他也為 ROGUE 進(jìn)行了這項(xiàng)研究。“C4 對波動(dòng)光的響應(yīng)存在很多可和自然多樣性，這提供了證據(jù)表明響應(yīng)波動(dòng)光的光合作用效率可以提高 C4 生物能源草的生產(chǎn)力。”

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