美國(guó)《科學(xué)》雜志日前刊發(fā)一項(xiàng)研究成果說(shuō)，美國(guó)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(dá)40%，有望用于應(yīng)對(duì)全球人口增長(zhǎng)帶來(lái)的糧食短缺挑戰(zhàn)。

植物通過(guò)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(huì)錯(cuò)把氧氣分子認(rèn)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(gè)損耗能量的過(guò)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(jī)構(gòu)研究人員通過(guò)一系列的基因改造和調(diào)控設(shè)計(jì)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?cè)趯?shí)驗(yàn)室中對(duì)約1700種植物進(jìn)行壓力測(cè)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(zhǎng)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(kāi)，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(xiàng)植物工程壯舉，（實(shí)驗(yàn)）證明了它是一種能大幅提高光合作用效率的獨(dú)特手段?！币晾Z伊大學(xué)厄巴納-尚佩恩分校教授斯蒂芬·朗說(shuō)。