提高光合作用效率的新思路：讓植物更快「摘掉墨鏡」

摘要

要想用有限的耕地養活不斷增長的人口，我們必須不斷提高農作物的產量。從傳統的雜交育種到方興未艾的轉基因技術，農業科技不斷為我們帶來更加高產的作物，然而要想進一步提高農作物的產量，我們必須從根本上提高植物光合作用的效率，這是相當具有挑戰性的一項任務。一項新的研究為解決這一問題提供了獨特的思路：調整植物的防晒機能。

綠色植物雖然需要利用光能來進行光合作用，但當光照過強時，它們同樣有可能受到傷害。為了避免這種情況的發生，植物會啟動一種名為非光化學淬滅 (nonphotochemical quenching , 簡稱NPQ) 的機制。這種機制會使得植物吸收的光能不再被用於光合作用，而是直接轉化為熱能浪費掉，從而避免植物遭到日照的傷害。當光照強度恢復正常時，非光化學淬滅又會被關閉，植物重新回到正常的光合作用。然而光化學淬滅的關閉具有一定的滯後性，從而降低光合作用的效率。這就好比在強光下開車時戴上墨鏡能夠讓陽光不會特別耀眼，既保護眼睛也有利於行車安全。但當汽車駛入昏暗的隧道中後，如果不能及時摘掉墨鏡，反而會讓視線變差，不利於安全駕駛。有研究人員估計，非光化學淬滅的滯後性可以導致植物光合作用的效率降低約30%，是相當可觀的損失。

來自美國的研究人員決心從這個角度入手提高植物的光合作用效率。他們發現，如果向煙草中轉入某些特定的基因，這些基因表達後合成的蛋白質能夠加快非光化學淬滅的關閉。田間試驗表明，經過22天的生長，這種轉基因煙草的乾重比對照組增加了14-20%，植株葉片面積和高度也較之對照組有明顯增加。這些結果表明，加快非光化學淬滅的關閉確實有助於提高植物光合作用效率。研究結果發表在11月18日出版的《科學》雜誌，並且登上了雜誌的封面，可見這項研究的重要性。

目前研究人員尚不清楚這種方法在增加光合作用效率的同時是否對植物抗病蟲害的能力有無負面影響，這種手段是否能提高其他作物，特別是主糧作物的產量也還有待進一步驗證。儘管如此，這項研究仍然令人振奮，因為它為提高植物光合作用效率提供了新的方向。

報道：http://www.sciencemag.org/news/2016/11/how-turning-plants-sunshield-can-grow-bigger-crops

論文：http://science.sciencemag.org/content/354/6314/857

（文/魏昕宇）

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