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作者：马卓敏 来源：科学网 www.sciencenet.cn 发布时间：2016/9/8 13:41:16

中科院微生物所在提高光合作用效率上取得新进展

光合作用是一个极其复杂的生化过程。根据是否需要光，光合作用被人为地分为光反应和暗反应，两种反应是密不可分的有机整体。光反应产生能量ATP和还原力NADPH，而暗反应需要消耗ATP和NADPH，实现对二氧化碳的还原固定。

中科院微生物研究所李寅研究组针对光反应产生的ATP不能满足暗反应固碳能量需求这一问题，根据光反应中ATP是与NADPH偶联产生的基本原理，从细胞全局出发，把光合作用的光反应和暗反应作为有机整体，以连接光合作用光反应和暗反应的NADPH为切入点，提出了一个导入NADPH消耗模块，从而打破细胞固有的NADPH平衡，通过光反应与暗反应的有效耦联，来增强光反应的内在驱动力，进而提高光合作用效率的新策略。该工作已于2016年8月在线发表在Metabolic Engineering杂志上。

李寅告诉《中国科学报》记者，该研究的意义主要体现在两个方面：一是经过各种指标评测，经过改造的蓝藻，其光合作用效率可以提高40%到50%，表现在生长速度和生物量显著提高。为此李寅举例，假设农作物的光合作用能提高50%，意味着每亩地就能增收50%的粮食。如果农作物的生长速度还能加快，意味着一年也许可以种两季、三季，土地的利用率就能进一步提高。“事实上，40%到50%的提高幅度，对光合作用这样一个非常复杂的体系，是相当高的。”

二是经过改造的蓝藻，其光饱和点从600光照强度单位（以光量子通量密度表征，mmol/m²/s），提高到了1200光照强度单位。这意味着改造后的蓝藻，能够耐受更强的光，或者说能够适应更宽的光照强度变化范围。

“这对自然界中的植物特别有意义，因为我们知道，在自然界中，光照强度的变化幅度是很大的。如果能够改造获得耐受高光照强度的植物，在太阳光强烈时，这些耐受高光照强度的植物，正好可以更有效地把光能转变为化学能固定下来，实现增产。”同时，他认为能够耐受高光照强度的植物，也具有更好适应自然界中光照强度变化的能力。

由于研究是以一种能够进行光合作用的原核微生物——蓝藻为模型，所以李寅认为，不能简单地推断，在这样一个原核生物中取得的结果，一定能够在真核生物或植物中产生相似的效果。

他表示，以往关于光合作用的研究，或希望提高光反应的效率，或希望提高暗反应的效率，有点像“头痛医头，脚痛医脚”。把光反应和暗反应作为一个整体来提高光合作用效率的思路，也可为改造植物光合作用效率的相关研究提供借鉴。

同时，李寅研究组的结果也表明，蓝藻的光合作用效率可能还有更大的提高空间。“目前我们还不完全清楚改造后蓝藻耐受更高光照强度的分子机制。如果弄清这种机制，我们或许会发现与光合作用相关的新靶点，有可能导致新的改造思路或策略的诞生。”