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美国:通过设计光呼吸捷径可提高作物生长量40%
日期:2019-02-12 作者:编译:王爱玲 来源: 农科智库 点击:
     植物通过光合作用将日光转变成能量,但是,一种称作光呼吸的耗费能量的过程极大地抑制了作物产量。美国农业部农业研究局和伊利诺伊大学的研究人员在《科学》杂志上发文称,在现实农业条件下,设计有光呼吸捷径的作物生长量可提高40%。
    这一成果来自于一项国际研究项目——增进光合作用效率方法的计划(RealizingIncreasedPhotosynthetic Efficiency, RIPE)——的一部分,得益于比尔及梅琳达·盖茨基金会、粮食和农业研究基金会(Foundationfor Food and Agriculture Research, FFAR)以及英国国际发展部(DFID)的资助,该项目希望通过改造作物进行更为有效的光合作用,以可持续地提高全球粮食生产率。
    光合作用利用核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)和太阳能将二氧化碳与水转变成糖分,促进作物生长。由于无法准确区分氧气和二氧化碳分子,Rubisco在大约五分之一的时间里抓取的是氧气分子而不是二氧化碳分子,生成了一种对作物有毒的化合物,必须通过光呼吸进行再循环。
    一般来说,光呼吸需要穿过植物细胞中三个区室的复杂路径。科学家们设计了三条替代路径改变了原有进程,极大地缩短了距离,节约了大量资源从而使植物产量增加了40%。这是首次经改造的光呼吸补救作物在现实农业环境中进行测试。
    为了优化新路径,研究人员利用多套不同启动子和基因设计了基因结构,基本上创建了一套独特的路线图。他们将这些路线图在1,700种植物中进行了测试,筛选出表现最佳的几种。
经过两年不断重复的实地研究,研究人员发现这些经过改造的作物长得更快更高,并且生物质提高了约40%,主要表现为茎秆粗壮了一半。
    研究团队在烟草上也测试了这一假设,因为作为理想的模式植物,烟草比粮食作物更易改造和测试,而和其他模式植物不同的是,烟草还能长出枝叶冠盖,并能在田野里进行测试。现在,研究团队正在将研究成果转移应用到大豆、豇豆、稻米、马铃薯、番茄、茄子上,以提升产量。
(来源:Science Daily  北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)
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