揭示光合作用的能量效率
光合作用是地球上最重要的生命過(guò)程之一。這就是植物如何獲取食物,利用陽(yáng)光產(chǎn)生的能量將空氣中的水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為糖類(lèi)。長(zhǎng)期以來(lái)人們一直認(rèn)為,在光合作用過(guò)程中產(chǎn)生的能量超過(guò)30%被浪費(fèi)在稱(chēng)為光呼吸的過(guò)程中。
加州大學(xué)戴維斯分校,大學(xué)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新的研究表明,光呼吸浪費(fèi)一點(diǎn)能量,而是提高硝酸鹽同化的過(guò)程,其將硝酸鹽從土壤到蛋白質(zhì)的吸收。
“了解這些過(guò)程的監(jiān)管對(duì)于在氣候變化下維持食品質(zhì)量至關(guān)重要,”加州大學(xué)戴維斯分校農(nóng)業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院植物科學(xué)系的主要作者Arnold Bloom說(shuō)。該研究于7月2日發(fā)表在“自然植物”雜志上。
在光呼吸過(guò)程中,地球上最普遍的蛋白質(zhì)稱(chēng)為Rubisco,它將糖類(lèi)與大氣中的氧氣結(jié)合,而不是二氧化碳。這被認(rèn)為是浪費(fèi)能量和減少糖合成。因此,Rubisco似乎就像一個(gè)有著壞習(xí)慣的好朋友的分子等同物。研究人員推測(cè)光呼吸仍然存在,因?yàn)榇蠖鄶?shù)植物已達(dá)到進(jìn)化的死胡同。
布盧姆提出正在發(fā)生的其他事情表明植物不是那么愚蠢。Rubisco還與錳或鎂等金屬相關(guān)聯(lián)。當(dāng)Rubisco與錳結(jié)合時(shí),光呼吸沿著另一種生化途徑進(jìn)行,為硝酸鹽同化產(chǎn)生能量,并促進(jìn)蛋白質(zhì)合成。然而,幾乎所有最近的Rubisco生物化學(xué)試管研究都是在鎂和錳的存在下進(jìn)行的,只允許光能較低的能量通路。
“我們可以從觀察植物正在做的事情中學(xué)到很多東西,這可以給我們提供明確的信息,告訴我們?nèi)绾卧谖磥?lái)幾十年預(yù)期的條件下開(kāi)發(fā)更成功的作物,”布盧姆說(shuō)。
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