“亡氧”补牢,为时不晚

2020-05-18 09:18
科学之谜 2020年1期
关键词:碳原子光合作用氧气

众所周知,组成生命的关键成分,如蛋白质、脂类和糖类等,都是由碳原子组成的。植物通过光合作用,从空气中吸收二氧化碳,再从中提取碳原子,组装成这些高分子链。这个过程中,有光合作用酶参与。

但是,光合作用酶吸收二氧化碳时,也偶尔误吸氧气分子。这种伴随着光合作用发生的呼吸,叫“光呼吸”。与植物的正常呼吸作用不同,正常呼吸作用产生能量,排出二氧化碳;而光呼吸不产生能量和二氧化碳,产生毒素。随后,植物必须消耗能量来清除这些毒素。这个缺陷被认为是进化史上最大的失误之一。

公平地说,当数十亿年前光合作用最早进化出来的时候,这并不是一个大问题,因为早期地球大气中几乎没有氧气。但随着氧气含量的上升和二氧化碳含量的下降,这终于成为植物的一个大问题。光呼吸现在经常发生,导致光合作用的效率几乎减半。

一些植物已经进化出了抑制光呼吸的办法。但遗憾的是,我们吃的大多数植物,包括几乎所有的蔬菜和水果,以及小麦、大米和大豆等主要粮食作物,都还做不到这一点。几十年来,生物学家一直在寻找方法,抑制光呼吸,以提高作物的产量。

最近,一个美国研究小组通过基因改造,成功地抑制了烟草叶的光呼吸,使其产量提高了40%以上。现在,他们正试图将同样的变化引入粮食作物中,从豇豆和大豆开始。

如果他们的努力在粮食作物上也取得成功,那么好處可谓“一箭三雕”:首先,作物的产量提高了;其次,作物吸收更多的二氧化碳,能有效地减轻温室效应;其三,光合作用效率高的植物比其他植物更具有竞争优势,那时,恐怕杂草也奈何它们不得了。

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