光合作用，指的是綠色植物利用太陽的光能，通過同化二氧化碳和水來製造出碳水化合物等有機物，並釋放出氧氣的過程。正是有了植物的光合作用，為食物鏈中最底層的一環提供能量基礎，並提供了萬物新陳代謝所需要的氧氣，才有了我們今天這個絢麗多彩的生物世界。
然而，偉大的光合作用其實也是有缺陷的。最近一篇發表在《科學》雜誌上的文章指出，大部分植物在進行光合作用的時候，都要經過一個關鍵步驟，即核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶加氧酶（簡稱RuBisCO）將二氧化碳楔入到化合物核酮糖-1,5-二磷酸（簡稱RuBP）中。
在每天大約20%的時間裡，RuBisCO會錯誤地將氧分子當成二氧化碳分子楔入到RuBP中，這個過程不僅浪費了氧氣和其他資源，還產生了乙醇酸鹽和氨這兩種有毒的化合物。幸運的是，植物已經進化出一種消除這種毒素的方法，叫做光呼吸。它們不介意把一部分資源和能量用在消除毒素的過程中，因為這有助於它們的生存。
來自美國農業部農業研究服務中心的首席研究員和分子生物學家保羅·索思（ Paul South）說：「這（光呼吸）會消耗植物寶貴的能量和資源，這些被用來消除毒素的能量和資源本來能使植物在光合作用中獲得更多的生長和產量。」
在水稻、小麥和大豆這三種農作物中，科學家們都發現它們都會在光合作用中產生毒素，並通過光呼吸來消除毒素。來自伊利諾伊大學的科學家阿曼達·卡瓦納（ Amanda Cavanagh）說：「隨著氣溫的升高，Rubisco從空氣中提取二氧化碳的難度更大，從而導致更多的光呼吸。」這意味著，由於全球變暖的影響，這三種農作物的產量在未來可能會下降。
為此，科學家們需要想辦法減少植物的光呼吸。要讓植物儘量少進行光呼吸，就得讓它們在光合作用中的RuBisCO不會錯誤地把氧分子當成二氧化碳楔入到RuBP中，進而不會產生毒素。還有一種辦法是讓植物產生一種酶，能使植物不需要通過光呼吸，就能直接消除毒素。
最直接的解決辦法就是從其他生物那裡獲取基因，並對植物進行基因改造。在多種方法中，最有效的是用植物蘋果酸合成酶基因和一個綠藻基因來合成乙醇酸脫氫酶，讓這種酶來直接消耗掉乙醇酸鹽等毒素。在實驗中，科學家們通過對比發現，植物的代謝活動增加了40%，光合作用轉化率被大大地提升了。
到目前為止，這項技術只適用於菸草這種植物。想通過修復糧食作物的光合作用中的「小故障」來提高產量，科學家們還有很長的路要走。來自伊利諾伊大學卡爾·R·沃斯基因組生物學研究所的首席研究員唐納德·奧爾特（Donald Ort）說：「（如果這項技術能用到農作物上，）我們每年可以用美國中西部的農作物光呼吸所損失的卡路裡，來養活2億人。」
我們不怕路長，怕的是沒有出路，很幸運的是科學家們已經找到了出路。希望這項技術真的能修復糧食作物光合作用中的「小故障」，提供糧食產量，讓更多的人遠離飢餓。