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植物「大战」全球变暖,这次有什么新招数?

2016-11-22 富赜 科技富能量

随着巴黎协定的签署,各国都开始加速应对气候变化所带来的问题了。与此同时,不少科学家们也在努力,用科技手段来对抗全球变暖。美国几位学者最近在《科学》杂志上发表文章,公布了他们研发的最新武器——“植物”。一是加快植物光合作用效率,吸收更多的二氧化碳,二是用新的手段更充分利用阳光,让作物产量增加。


▲ 《Science》杂志2016年11月18日刊,「植物」是毫无疑问的主角

先说第一条,光合作用,咱都明白,含有叶绿素的植物在可见光照射下,将二氧化碳和水转化为有机物并释放氧气,而气候变化的罪魁祸首就是二氧化碳排放过多,虽然植物可以每年把45%由人类活动产生的二氧化碳吸收,可是要应对全球变暖这么严重的问题,效率还不够高。


有科学家发现,可以利用几种特殊的酶,加速植物吸收二氧化碳速度,增加光合作用效率。


那这些酶从哪儿来呢?


他们花多年时间,尝试不同的种类,最终发现从人的肝脏、大肠杆菌等等地方提取的酶,再加上几种人工合成酶合成在一起,植入后可以有效提升植物光合作用的效率。

酶(Enymes)是一种大分子生物催化剂,它能够加快化学反应的速度。在酶的作用下加速进行光合作用的植物,就好似上了发条的你开始奔跑......

不过目前这项工程还在实验的初期阶段,因为就像人体器官移植会产生强烈的排异反应一样,植物也有免疫系统,会不会引起排异反应?而且大规模地运用产氧太多会不会破坏生态?目前科学家们还在尝试能否用于大规模推广,正在把技术在细菌和水藻上试验,如果可行,将会进一步大规模地推广。


除了加速光合作用减少二氧化碳外,还有的实验室在考虑如何让农作物更有效地利用阳光,进而增加产量。虽然光合作用需要阳光,但不同植物需要的光线强弱不同,如果光线太强也不行,就好像有的人被阳光晒上一会儿,皮肤会晒伤脱皮一样。


植物为了保护自己“被晒伤”,在强光下会减少叶绿素的产出,而一旦叶绿素减少,植物就需要很长的时间才能恢复到原有的叶绿素水平。这样,本该吸收阳光的时候却因为光线太强而影响了生长,减少了作物的产量。研究估计,因为强光导致的作物减产有20%之多。

在光照过强时,植物会开启一种称为「非光化学猝灭」(non-photochemical quenching, NPQ)的保护机制,NPQ启动的速度比关闭快,所以当强光出现时,植物的光合作用效率就会下降,环境转暗后植物会取消保护机制,光合作用效率才慢慢上升。这个落差使强光消失后的一段时间,植物未能完全用尽环境光源去进行光合作用。而你看到的结果可能就是——种出的玉米棒子会「秃」掉五分之一

植物也会被“晒伤”,所以研究人员打算加快植物被晒之后的修复程度,他们发现每样植物都有三种特殊的蛋白质决定被晒之后,叶绿素该花多久恢复,研究人员就给植物注入更多这样的蛋白质,加快恢复水平,就好像给植物吃蛋白粉一样。可以让植物增产15%而且长得更高、叶子更大,实验人员还打算在未来把这项技术运用在木薯、高粱等作物上进一步试验。

注入的蛋白质帮助植物快速关掉NPQ保护机制

让光合作用更快回到高效率状态


虽然听起来,这两项“植物科技”距离咱普通人都挺远,但实际上却迫在眉睫。联合国表示到2050年我们要在目前食物产量的基础上再增加70%才能养活全世界人口,而全球变暖也会减少食物产量,我们每天都在听如何应对气候变化,似乎没什么感觉,而这就是科学家们给出的回答。

2分钟围观植物「晒伤修复」

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