眾所周知,組成生命的關鍵成分,如蛋白質(zhì)、脂類和糖類等,都是由碳原子組成的。植物通過光合作用,從空氣中吸收二氧化碳,再從中提取碳原子,組裝成這些高分子鏈。這個過程中,有光合作用酶參與。
但是,光合作用酶吸收二氧化碳時,也偶爾誤吸氧氣分子。這種伴隨著光合作用發(fā)生的呼吸,叫“光呼吸”。與植物的正常呼吸作用不同,正常呼吸作用產(chǎn)生能量,排出二氧化碳;而光呼吸不產(chǎn)生能量和二氧化碳,產(chǎn)生毒素。隨后,植物必須消耗能量來清除這些毒素。這個缺陷被認為是進化史上最大的失誤之一。
公平地說,當數(shù)十億年前光合作用最早進化出來的時候,這并不是一個大問題,因為早期地球大氣中幾乎沒有氧氣。但隨著氧氣含量的上升和二氧化碳含量的下降,這終于成為植物的一個大問題。光呼吸現(xiàn)在經(jīng)常發(fā)生,導致光合作用的效率幾乎減半。
一些植物已經(jīng)進化出了抑制光呼吸的辦法。但遺憾的是,我們吃的大多數(shù)植物,包括幾乎所有的蔬菜和水果,以及小麥、大米和大豆等主要糧食作物,都還做不到這一點。幾十年來,生物學家一直在尋找方法,抑制光呼吸,以提高作物的產(chǎn)量。
最近,一個美國研究小組通過基因改造,成功地抑制了煙草葉的光呼吸,使其產(chǎn)量提高了40%以上?,F(xiàn)在,他們正試圖將同樣的變化引入糧食作物中,從豇豆和大豆開始。
如果他們的努力在糧食作物上也取得成功,那么好處可謂“一箭三雕”:首先,作物的產(chǎn)量提高了;其次,作物吸收更多的二氧化碳,能有效地減輕溫室效應;其三,光合作用效率高的植物比其他植物更具有競爭優(yōu)勢,那時,恐怕雜草也奈何它們不得了。