Komorebi是日語單詞，它描述了光線如何穿過樹葉過濾，從而產(chǎn)生了不斷變化的，斑駁的“日照斑點”，說明了植物不斷變化的光照環(huán)境。農(nóng)作物利用光能通過光合作用將二氧化碳固定在食物中。在《植物學(xué)報》的一期特刊中，伊利諾伊大學(xué)的一個團隊報告了一種新的數(shù)學(xué)計算機模型，該模型用于了解在多云和晴天，大豆作物隨著每分鐘的光照變化而努力，損失了多少產(chǎn)量。

伊利諾伊州的博士后研究員Yu Wang表示：“就總產(chǎn)量而言，大豆是第四重要的農(nóng)作物，但它是全球植物蛋白的主要來源。”王玉領(lǐng)導(dǎo)了這項工作，以實現(xiàn)提高的光合作用效率(RIPE)。“我們發(fā)現(xiàn)大豆植物可能會損失高達13%的生產(chǎn)力，因為它們無法對任何作物領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的光強變化進行足夠迅速的調(diào)整。聽起來可能不算多，但就全球產(chǎn)量而言“這是巨大的。”

RIPE是一項國際研究項目，旨在改善光合作用，為全世界的農(nóng)民提供所需的高產(chǎn)作物，以確保每個人都有足夠的食物過上健康，生產(chǎn)性的生活。RIPE由比爾和梅琳達·蓋茨基金會，美國糧食與農(nóng)業(yè)研究基金會(FFAR)和英國政府國際發(fā)展部(DFID)贊助。

過去的模型僅檢查光強度的每小時變化。在這項研究中，研究小組創(chuàng)建了一個動態(tài)計算射線追蹤模型，該模型能夠預(yù)測開花的大豆作物一天中每一分鐘每一葉的光強為毫米。該模型還考慮了兩個關(guān)鍵因素：光保護和Rubisco激活酶。

光保護可以保護植物免受陽光傷害。在高光照水平的觸發(fā)下，此過程可以安全地將多余的光能作為熱量消散。但是，當(dāng)光照水平下降時，光保護可能需要幾分鐘到幾小時才能放松或停止，這使植物的潛在產(chǎn)量蒙受了損失。研究小組評估了41個大豆品種，以找出從誘導(dǎo)到放松光保護的最快，最慢和平均速率。少于30分鐘被認(rèn)為是“短期的”，更長的時間被認(rèn)為是“長期的”光保護。

使用此新模型，團隊模擬了伊利諾伊州尚佩恩的晴天和陰天。在晴天，長期的光保護作用是光合作用的最重要限制。在陰天，光合作用受到短期光保護和Rubisco活化酶的限制最大，Rubisco活化酶是一種由光觸發(fā)的輔助酶，可開啟Rubisco將碳固定為糖的作用。

RIPE項目已經(jīng)開始著手解決大豆和其他農(nóng)作物(包括木薯，cow豆和水稻)的光保護限制。在2016年，研究小組在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一項研究，在研究中，他們增加了與光保護有關(guān)的三種蛋白質(zhì)的水平，從而使模型作物的生產(chǎn)力提高了14-20%。此外，蘭開斯特大學(xué)蘭開斯特環(huán)境中心的RIPE小組正在尋找大豆和cow豆中更好形式的Rubisco活化酶。RIPE項目及其贊助者致力于確保全球訪問，并將這些技術(shù)提供給最需要它們的農(nóng)民。

伊利諾伊州卡爾·R·沃斯基因組生物學(xué)研究所的艾克尼伯里大學(xué)植物生物學(xué)和作物科學(xué)系主席RIPE主任斯蒂芬·隆說：“這些模型對于發(fā)現(xiàn)障礙和解決方案以實現(xiàn)該作物的全部潛力至關(guān)重要。” “我們已經(jīng)開始解決這些瓶頸并看到了明顯的進步，但是這項研究表明我們?nèi)杂懈纳频目臻g。”