美国《科学》杂志日前刊发一项研究成果说，美国研究人员利用基因工程手段缩短农作物的“光呼吸”路径，可使某些农作物增产达40%，有望用于应对全球人口增长带来的粮食短缺挑战。
植物通过光合作用将二氧化碳和水转化为能量，“二磷酸核酮糖羧化酶”是参与光合作用的关键酶。在富氧环境中，这种酶会错把氧气分子认作二氧化碳，与之结合生成有害物质。这种光合作用“小故障”导致的有毒中间产物要依靠“光呼吸”降解，但后者是一个损耗能量的过程，不利于提高产量。
为节省这种能量的消耗，伊利诺伊大学厄巴纳-尚佩恩分校等机构研究人员通过一系列的基因改造和调控设计出3种不同的“光呼吸”替代路径，大大缩短了“光呼吸”原本迂回复杂的反应路径。随后，他们在实验室中对约1700种植物进行压力测试，筛选出表现最优的基因，不断优化“光呼吸”替代反应的路线。
在为期两年的田野研究中，他们发现，经基因改造缩短“光呼吸”路径的作物生长更快、更高、茎部更粗大，比普通作物多产出40%的生物质能。目前，田野研究主要利用烟草展开，下一步研究人员将尝试用这种技术使大豆、豇豆、大米、马铃薯、西红柿、茄子等农作物增产。
“这种‘光呼吸’捷径是一项植物工程壮举，（实验）证明了它是一种能大幅提高光合作用效率的独特手段。”伊利诺伊大学厄巴纳-尚佩恩分校教授斯蒂芬·朗说。