科学家发现调节植物固定二氧化碳的新机制

英国的研究人员首次证实，环境中光线的变化能通过一个分子机制调节卡尔文循环——植物固定二氧化碳的关键步骤。他们发现，当光线减少时，磷酸核酮糖激酶和3-磷酸甘油醛脱氢酶更易于相互结合，不再行使正常的功能，因而减慢了卡尔文循环的速度。光线增多时，这种限制被迅速解除，卡尔文循环得以加速。这些知识将有助于提高食物和燃料的产量。

　　

生物通报道：英国艾塞斯大学（University of Essex）的科学家发现了一种新的机制能减缓植物固定二氧化碳的过程。研究结果发表在3月4日的《PNAS》上。该结果增进了我们对二氧化碳的理解，最终会促进农作物的增产，以及促进第四代生物燃料的发展。

植物从环境中吸收二氧化碳，并将其转化为糖。这个调节的机制作用于糖合成这个步骤：当没办法从阳光中得到足够的能量时，暂停了糖的生成；当阳光增多能力充足时，就放开限制，快速地进行二氧化碳固定。

植物要依靠阳光来捕获二氧化碳。二氧化碳被捕获之后通过卡尔文循环转变为糖。结果，当一天之中阳光的量改变时（如云层或其它树木遮挡），它们必须也跟着调整从大气中捕获二氧化碳的速度。这就保证了，当阳光充裕时它可以开动一切马力来吸收二氧化碳。这种最大限度地利用能量的能力，对植物来说是非常重要的，而且能够避免丧失重要的代谢资源。因为植物基本上都是固定在一个地方，因此它们必定有许多独特的功能来适应周围环境的变化。

问题是，这些速度变化的调节是如何发生的？该研究首次证实，环境中光线的变化能通过一个分子机制调节卡尔文循环。在卡尔文循环中，磷酸核酮糖激酶（PRK）和3-磷酸甘油醛脱氢酶（GAPDH ）的关系非常特殊。当光线减少时，这两个酶更易于相互结合，不再行使正常的功能，因而减慢了卡尔文循环的速度。周围环境越暗，这两个酶形成的结合越多，卡尔文循环越慢。在光线下，这种限制被迅速解除，卡尔文循环得以加速。

这个研究揭示了一个全新的机制，促进人们更好地理解植物中二氧化碳固定的调节。这项研究工作将为提高粮食和生物燃料的产量提供了基础，因为植物吸收固定的二氧化碳越多，产量越高。作物增产最终将能够满足第四代生物燃料的发展需求。

该研究的负责人Christine Raines教授说，虽然这项研究只集中在植物的基本生理反应过程，但如果我们能够了解这些过程，最终我们就能够运用这些知识来研究和改进生产粮食和生物燃料的作物。

参与了该研究的Tom Howard博士说，植物进化出巧妙的方法来应付周围环境的变化。跟动物不一样，它们无法自由走动寻找食物。这个研究揭示了植物处理光线不断变化的机制。

随着世界人口的不断增长，以及对能源需求的不断增长，人们必须要发展新的方法提高食物和燃料的产量。如同这项研究一样的复杂基础性研究，将有助于人们理解植物的重要生理过程，并利用它们的潜能来应付未来的挑战。（生物通，揭鹰）