在未來(lái)20年里，農(nóng)作物產(chǎn)量需要大幅增加，才能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的全球人口的糧食需要。找到如何提高作物產(chǎn)量的策略，顯然是非常必要的。

       一些科學(xué)家剛剛開(kāi)發(fā)出了一個(gè)精確的動(dòng)態(tài)模型，可以預(yù)測(cè)光合作用的變化將在多大程度上提高小麥和高粱作物的產(chǎn)量。

       “我們開(kāi)發(fā)了一個(gè)可靠的、生物學(xué)上嚴(yán)格的預(yù)測(cè)工具，可以量化在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中操縱光合作用所帶來(lái)的產(chǎn)量增長(zhǎng)。”來(lái)自轉(zhuǎn)化光合作用ARC卓越中心（COETP）和澳大利亞昆士蘭大學(xué)的Alex Wu博士說(shuō)。

       植物通過(guò)光合作用將陽(yáng)光、二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為食物。一些研究表明，這一重要的過(guò)程可以通過(guò)人為設(shè)計(jì)變得更為有效。

       “以前，我們很難評(píng)估這些操作對(duì)作物產(chǎn)量的影響。但是現(xiàn)在，這一預(yù)測(cè)工具將幫助我們找到提高世界各地糧食產(chǎn)量的新方法。”Wu說(shuō)。

       這篇論文發(fā)表在《自然—植物》上。論文主要作者Wu說(shuō)，通過(guò)整合光合作用和作物模型，這個(gè)建模工具將大跨度連接生物學(xué)尺度——從葉片內(nèi)部的生物化學(xué)作用到整片農(nóng)田的作物。

       “它是一種強(qiáng)大的工具，可以評(píng)估和指導(dǎo)對(duì)植物的光合操控，也可以揭示光合效率和作物產(chǎn)量之間的關(guān)系。” Wu說(shuō)。

       光合作用ARC卓越中心副主任Susanne von Caemmerer教授說(shuō)，這項(xiàng)研究創(chuàng)新性的一個(gè)方面是采用跨尺度的模擬方法來(lái)研究光合作用與葉片毛孔之間的相互作用。“并不是說(shuō)增強(qiáng)光合作用就一定會(huì)增加產(chǎn)量。沒(méi)那么簡(jiǎn)單。答案取決于具體情況。”

       “例如，我們發(fā)現(xiàn)，在高粱這樣的作物中，更多的光合作用實(shí)際上可以在缺水的情況下降低產(chǎn)量。該模型預(yù)測(cè)，如果能使二氧化碳進(jìn)入葉片毛孔或水蒸氣流出葉片毛孔的速率保持穩(wěn)定，我們就可以控制產(chǎn)量損失。”論文聯(lián)合作者、昆士蘭大學(xué)教授Graeme Hammer說(shuō)，這項(xiàng)研究促進(jìn)了未來(lái)作物改良所需的跨學(xué)科研究， “既然我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)并測(cè)試了這種模型，我們的下一步就是與COETP的合作者密切合作，設(shè)計(jì)模擬場(chǎng)景，測(cè)試其他生物工程和育種特性目標(biāo)的影響。”

       澳大利亞國(guó)立大學(xué)教授Graham Farquhar說(shuō)：“在這項(xiàng)研究中，我們將把作物資源（例如水）與光合作用的反饋效應(yīng)納入其中，這對(duì)于預(yù)測(cè)未來(lái)環(huán)境對(duì)作物生產(chǎn)力的影響至關(guān)重要。”

       研究小組調(diào)查了三個(gè)主要的光合作用調(diào)控目標(biāo)：提高主要光合酶的活性；提高葉片的電子傳輸能力；改善葉片內(nèi)層的二氧化碳流動(dòng)。

       研究小組的結(jié)論是，作物產(chǎn)量的變化范圍從減少1%到增加12%，這取決于光合目標(biāo)、作物種類(lèi)和環(huán)境條件（如水資源）的組合。