距離達成作物生產的兩倍更近一步了！

來自荷蘭瓦赫寧根大學和研究所的科學家們已經發現植物行光合作用的自然遺傳變異之秘密，並揭開這個自然遺傳變異的謎底到 DNA 的程度。因此，將來可以培育能夠更有效利用光合作用的作物、提高產量，使其能夠從土壤中的空氣中捕獲更多的二氧化碳。這是解決全球糧食的挑戰，實現巴黎氣候協定漫長道路上的重要一步。

由 Mark Aarts 和 Jeremy Harbinson 帶領的一個科學家小組已經表明，擬南芥（一種普通的模式植物）有多種基因參與適應植物光照的變化。他們的研究發表在 Nature Communications 的一篇文章中。

一個基因已經被詳細研究了。被稱為 『 Yellow Seedling 1 基因』，它與葉綠體適應光的變化有關。由於這個基因的變化，一些擬南芥植物在其他地方生長可以更有效地處理光線（例如：陰天和晴天之間的差異）。這是第一次在擬南芥中發現這種變異，但由於光合作用的基因幾乎在所有植物物種中都有發生，科學家們期望在其他許多作物中也可以發現類似的變異。

這一發現表明『自然遺傳變異可以改善光合作用』，這是至今為止仍有所懷疑的。從長遠來看，改良植物光合作用的育種可以使作物在土壤、水分和養分用量相同的情況下產量更高。這使『更多（產量）與更少（土壤、水和養分）的概念』更近一步發展。



【植物的基因可以適應環境的變化】

在植物育種中，可以選擇能夠快速適應環境變化的自然變異種來改善植物的光合作用。
 

有些植物的光合作用系統能適應環境

植物需要光線將二氧化碳和水轉化成糖和氧氣。糖是植物生長所有物質的基礎和能量來源。我們已經知道植物對光的反應不同，正如光合作用的效率所顯示的那樣。我們每天吃的作物，作物的祖先需要這種變異來充分利用它們生長的環境，使它們能夠在充足的陽光下和其他植物的陰影下生長、發育。

雖然光合作用是植物必不可少的過程，但它面臨風險，需要高度的控制管理能量來源與流動。如果一個植物突然受到太多的光照，就必須適應新的形勢。植物通常透過保持在各種安全範圍內來防止過度的光合作用，這意味著植物適應環境需要幾天。現在瓦赫寧根科學家的研究顯示，一些植物可以比其他植物更快適應環境，並能夠更快地讓光合作用系統也適應環境。


育種中，選擇最適光合作用的物種

如今，我們在比自然條件更容易控制的環境中繁殖農作物。例如：植物現在獲得足夠的營養和水，而有最大的生長。由於近百年來，農業發展迅速，植物尚未能適應這些新的條件。可以說，植物對於突如其來的變化，如過度的光照仍然保持謹慎、反應相對較慢。而能夠更快適應光照變化的植物將能夠更有效地利用水和養分，最終產生更高的產量。

如何在育種中選擇更有效的光合作用物種呢？長期以來，人們一直認為光合作用是自然演化的，在育種上很少能獲得。 而且，測量田間植物光合作用的遺傳變異是非常困難的，使得在沒有前人研究的情況下難以選擇最佳光合作用的物種。由於光合作用對天氣條件非常敏感，因此在野外的變異 - 即使是在遺傳上相同的植物之間 - 往往差異也是相當可觀的。

Aarts 說：「我們在嚴格控制的環境條件下進行了實驗，使我們能夠將環境因素的變化降到最低。」 「然後，我們在一天中的不同時間，透過相同的方法測量實驗中所有植物的光合作用，並且僅施加單一的脅迫因子：在光量上一次性的增加。這使我們能夠精確地了解遺傳的貢獻，植物如何適應新的環境壓力。我們使用了我們發現的一個基因來詳細研究各種植物之間 DNA 序列的差異。」


新的作物品種
這些發現為育種公司提供了新的機會。我們現在知道，植物以自己的方式對光線的變化作出反應，而且這是在它們的 DNA 中確定的。然而，我們還不知道這些適應能力如何在植物中發揮作用，尚且需要更多的研究來了解如何改進光合作用影響植物的生長，然後才能專注在該基因表現屬性的選擇。
 

來源：瓦赫寧根大學和研究
出版日期：2017-11-14

參考原文：https://goo.gl/8vaJcH