光合作用是植物“制作食物”并為地球其他部分提供食物的方式。該配方的關(guān)鍵成分是碳。因此，該過(guò)程從太陽(yáng)捕獲能量，然后用于從大氣中去除碳。

但是從陽(yáng)光到喂養(yǎng)地球的旅程并不是一條直線。它更多的是一系列通往終點(diǎn)線的路線和彎路。原因是事情可能會(huì)出錯(cuò)。光質(zhì)變化，或變得太干或太冷。這些變化可能減緩或破壞光合作用。因此，工廠有備份來(lái)解決這些問(wèn)題。

科學(xué)家們想要了解這些來(lái)龍去脈，以便改善圖標(biāo)光合作用的擴(kuò)展。目標(biāo)是創(chuàng)造更高產(chǎn)量的植物，以滿足快速增長(zhǎng)的人口需求。

現(xiàn)在，MSU-DOE植物研究實(shí)驗(yàn)室(PRL)的研究人員更多地了解了在困難條件下支持光合作用的備份之一。該研究發(fā)表在bioRxhiv上。

碳：工廠的賺錢(qián)者

植物通過(guò)稱為擴(kuò)展iconjavascript：void(0)Calvin-Benson循環(huán)的光合作用過(guò)程將碳引入其飲食中。這一系列反應(yīng)將碳與其他化學(xué)物質(zhì)混合，制成新的化合物，如淀粉或糖，維持植物和食物鏈的其他部分。

碳是在地球上生活的關(guān)鍵。

然而，在五次中有兩次，循環(huán)吸收氧氣而不是二氧化碳。這種打嗝叫做擴(kuò)大iconoxygenation，會(huì)產(chǎn)生植物無(wú)法生長(zhǎng)的化合物。更糟糕的是，它使周期停滯不前。

植物必須清潔這些化合物并將它們重新引入循環(huán)中，以便重新開(kāi)始。這項(xiàng)工作需要時(shí)間和精力，并且需要將化合物移動(dòng)到電池中其他地方的特殊清潔位置。

PRL大學(xué)杰出教授Tom Sharkey說(shuō)：“Calvin-Benson循環(huán)具有內(nèi)置備份，可以在速度減慢時(shí)快速重啟過(guò)程。”“最好的方法是分流，一系列副反應(yīng)，使循環(huán)中的碳產(chǎn)品流量保持在低水平。這樣可以確保循環(huán)盡快重啟。”

現(xiàn)在，Sharkey實(shí)驗(yàn)室使用的植物無(wú)法清除氧化產(chǎn)生的化合物，因此可以更清楚地了解分流器的工作原理以及它需要多少光合能量才能發(fā)揮作用。

分流：保持賺錢(qián)機(jī)器的安全

分流器的類(lèi)比是老式燃?xì)馄骶咧械闹甘緹?。這種小氣流使火焰保持在最低水平，因此當(dāng)供應(yīng)氣體時(shí)，爐子，熱水器或爐子很快就會(huì)打開(kāi)。

“試點(diǎn)燈似乎是浪費(fèi)氣體，”湯姆說(shuō)。“但它通過(guò)保持系統(tǒng)準(zhǔn)備好完全非常迅速地發(fā)揮作用而發(fā)揮重要作用，而無(wú)需用戶必須找到匹配來(lái)點(diǎn)燃火焰。”

湯姆和PRL，Kramer和Hu的另外兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室篩選了具有與氧氣混合的清潔化合物缺陷的突變植物。一個(gè)突變體在其中一個(gè)特殊清潔部位即過(guò)氧化物酶體中存在缺陷。

這種突變減緩了清潔過(guò)程，導(dǎo)致植物與健康植物相比，積累了更高水平的壞化合物。

這種積累阻止了Calvin-Benson的循環(huán)。由于突變植物無(wú)法正常重啟周期，因此找到了一個(gè)解決方法：

植物將碳轉(zhuǎn)移到循環(huán)之外并進(jìn)入植物細(xì)胞;

它以類(lèi)似于循環(huán)中的方式部分處理碳;

它通過(guò)一個(gè)為這種情況開(kāi)放的后門(mén)將碳重新插入循環(huán)中。

分流器抓住然后將一些碳泵回到循環(huán)中以幫助重新啟動(dòng)它。

“分流器增加的活動(dòng)需要額外的能量，”湯姆說(shuō)。“光合作用通過(guò)增加(ATP)產(chǎn)量來(lái)補(bǔ)償分流并驅(qū)動(dòng)Calvin-Benson循環(huán)。”

分流器如何在現(xiàn)實(shí)條件下工作

盡管突變體是一個(gè)例外，它迫使植物揭示在健康植物中很難看到的變通方法。

“在健康的植物中，Calvin-Benson循環(huán)僅在有光時(shí)才起作用，”Tom說(shuō)。“但在大自然中，可能會(huì)有很大的變化，比如移動(dòng)的云，會(huì)使光線閃爍。在這種情況下，很容易使Calvin-Benson周期崩潰。我們認(rèn)為分流在重新啟動(dòng)時(shí)起作用。”

“如今，電子產(chǎn)品已經(jīng)取得試點(diǎn)光過(guò)時(shí)了，”湯姆補(bǔ)充說(shuō)。

“同樣，一旦我們完全了解分流器，也許我們將能夠用更高效的系統(tǒng)取而代之。”

湯姆總結(jié)道，“我們?cè)赑RL很幸運(yùn)。如果其他PRL實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有向我詢問(wèn)有關(guān)Calvin-Benson周期的問(wèn)題，那么這個(gè)項(xiàng)目就不會(huì)發(fā)生。擁有這么多人，專門(mén)研究不同部分是不尋常的。光合作用，在一個(gè)屋檐下一起工作。我們可以離開(kāi)我們的舒適區(qū)，談?wù)摵秃献餮芯宽?xiàng)目，否則不會(huì)出現(xiàn)。“