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根据模型 通过使光合作用适应短暂的阴影来提高大豆产量

Komorebi是日语单词,它描述了光线如何穿过树叶过滤,从而产生了不断变化的,斑驳的“日照斑点”,说明了植物不断变化的光照环境。农作物利用光能通过光合作用将二氧化碳固定在食物中。在《植物学报》的一期特刊中,伊利诺伊大学的一个团队报告了一种新的数学计算机模型,该模型用于了解在多云和晴天,大豆作物随着每分钟的光照变化而努力,损失了多少产量。

伊利诺伊州的博士后研究员Yu Wang表示:“就总产量而言,大豆是第四重要的农作物,但它是全球植物蛋白的主要来源。”王玉领导了这项工作,以实现提高的光合作用效率(RIPE)。“我们发现大豆植物可能会损失高达13%的生产力,因为它们无法对任何作物领域标准的光强变化进行足够迅速的调整。听起来可能不算多,但就全球产量而言“这是巨大的。”

RIPE是一项国际研究项目,旨在改善光合作用,为全世界的农民提供所需的高产作物,以确保每个人都有足够的食物过上健康,生产性的生活。RIPE由比尔和梅琳达·盖茨基金会,美国粮食与农业研究基金会(FFAR)和英国政府国际发展部(DFID)赞助。

过去的模型仅检查光强度的每小时变化。在这项研究中,研究小组创建了一个动态计算射线追踪模型,该模型能够预测开花的大豆作物一天中每一分钟每一叶的光强为毫米。该模型还考虑了两个关键因素:光保护和Rubisco激活酶。

光保护可以保护植物免受阳光伤害。在高光照水平的触发下,此过程可以安全地将多余的光能作为热量消散。但是,当光照水平下降时,光保护可能需要几分钟到几小时才能放松或停止,这使植物的潜在产量蒙受了损失。研究小组评估了41个大豆品种,以找出从诱导到放松光保护的最快,最慢和平均速率。少于30分钟被认为是“短期的”,更长的时间被认为是“长期的”光保护。

使用此新模型,团队模拟了伊利诺伊州尚佩恩的晴天和阴天。在晴天,长期的光保护作用是光合作用的最重要限制。在阴天,光合作用受到短期光保护和Rubisco活化酶的限制最大,Rubisco活化酶是一种由光触发的辅助酶,可开启Rubisco将碳固定为糖的作用。

RIPE项目已经开始着手解决大豆和其他农作物(包括木薯,cow豆和水稻)的光保护限制。在2016年,研究小组在《科学》杂志上发表了一项研究,在研究中,他们增加了与光保护有关的三种蛋白质的水平,从而使模型作物的生产力提高了14-20%。此外,兰开斯特大学兰开斯特环境中心的RIPE小组正在寻找大豆和cow豆中更好形式的Rubisco活化酶。RIPE项目及其赞助者致力于确保全球访问,并将这些技术提供给最需要它们的农民。

伊利诺伊州卡尔·R·沃斯基因组生物学研究所的艾克尼伯里大学植物生物学和作物科学系主席RIPE主任斯蒂芬·隆说:“这些模型对于发现障碍和解决方案以实现该作物的全部潜力至关重要。” “我们已经开始解决这些瓶颈并看到了明显的进步,但是这项研究表明我们仍有改善的空间。”

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