據外媒New Atlas報導，一個國際研究團隊首次證明，通過修復光合作用中的常見「故障」，作物的產量可以提高約40％。這項具有裡程碑意義的研究表明，優化植物的光合效率可以顯著提高全球糧食生產力。
光合作用是植物將光能轉化為化學能的過程，並不是一個完全有效的過程。光合作用過程中的一個關鍵階段是使用一種名為RuBisCO的酶來吸收二氧化碳分子。然而，大約25％的時間RuBisCO錯誤地收集氧分子，產生植物毒性副產物，破壞整個光合作用過程。光呼吸是植物用於去除這些有問題的副產物的過程。
「光呼吸是抗光合作用，」新研究的第一作者Paul South解釋道。「它為植物帶來了寶貴的能源和資源，它可以投資於光合作用，以產生更多的生長和產量。」在大豆、水稻和小麥等糧食作物中，估計光呼吸可佔植物光合能量的20％至50％。因此，科學家們一直在努力尋找降低光呼吸能量成本的方法。
實現增加光合作用效率(RIPE)是一項成立於2012年的國際研究項目，其主要目標是通過設計更有效的光合作用技術來開發提高糧食作物產量的方法。該項目主要由比爾和梅林達蓋茨基金會資助。今年早些時候，它揭示了一個令人興奮的簡單基因突破，導致作物需要減少25％的水來產生正常的產量。
為了對抗光呼吸的能量成本，一組科學家致力於設計更有效和更短的光呼吸途徑。令人難以置信的工作基本上在植物細胞內創造了替代途徑，因此可以使用更少的能量更有效地去除有毒副產物。
「就像巴拿馬運河是一項提高貿易效率的工程壯舉，這些光吸收捷徑是植物工程的一項壯舉，它證明了一種獨特的方法可以大大提高光合作用的效率，」RIPE項目主任Stephen Long表示。研究人員隨後使用菸草作物對新過程進行了測試，菸草作物由於其快速的生命周期和易於改造而成為作物研究的共同目標。
經過兩年多的實際測試，發現經過改造的作物比常規作物長得更高，速度更快，生物量高出40％。研究的下一階段將把這種技術應用於更常見的糧食作物，如大豆、水稻，馬鈴薯和西紅柿，希望它能提高作物的產量。研究人員懷疑，在這一突破可以應用於現實條件之前，將需要十多年時間。
在這種轉基因糧食作物廣泛種植之前，必然會出現監管鬥爭以建立安全性。儘管如此，RIPE的一項基本承諾是，這些食品工程創新將免費提供給小農戶，因此這些技術突破可以幫助養活第三世界國家不斷增長的人口。
這項新研究發表在《科學》雜誌上。