新華社北京1月5日電 美國《科學(xué)》雜志日前刊發(fā)一項研究成果說,美國研究人員利用基因工程手段縮短農(nóng)作物的“光呼吸”路徑,可使某些農(nóng)作物增產(chǎn)達40%,有望用于應(yīng)對全球人口增長帶來的糧食短缺挑戰(zhàn)。
植物通過光合作用將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為能量,“二磷酸核酮糖羧化酶”是參與光合作用的關(guān)鍵酶。在富氧環(huán)境中,這種酶會錯把氧氣分子認作二氧化碳,與之結(jié)合生成有害物質(zhì)。這種光合作用“小故障”導(dǎo)致的有毒中間產(chǎn)物要依靠“光呼吸”降解,但后者是一個損耗能量的過程,不利于提高產(chǎn)量。
為節(jié)省這種能量的消耗,伊利諾伊大學(xué)厄巴納-尚佩恩分校等機構(gòu)研究人員通過一系列的基因改造和調(diào)控設(shè)計出3種不同的“光呼吸”替代路徑,大大縮短了“光呼吸”原本迂回復(fù)雜的反應(yīng)路徑。隨后,他們在實驗室中對約1700種植物進行壓力測試,篩選出表現(xiàn)最優(yōu)的基因,不斷優(yōu)化“光呼吸”替代反應(yīng)的路線。
在為期兩年的田野研究中,他們發(fā)現(xiàn),經(jīng)基因改造縮短“光呼吸”路徑的作物生長更快、更高、莖部更粗大,比普通作物多產(chǎn)出40%的生物質(zhì)能。目前,田野研究主要利用煙草展開,下一步研究人員將嘗試用這種技術(shù)使大豆、豇豆、大米、馬鈴薯、西紅柿、茄子等農(nóng)作物增產(chǎn)。
“這種‘光呼吸’捷徑是一項植物工程壯舉,(實驗)證明了它是一種能大幅提高光合作用效率的獨特手段。”伊利諾伊大學(xué)厄巴納-尚佩恩分校教授斯蒂芬·朗說。
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