生物能源！C4生物能源作物研究:在波动光照下努力提高生产力

对地球生命的能量之源——光合作用的研究非常重要。连美国这样可操控全球石油资源又自己产油的大户，都在抓紧研究生物能源作物，以求降低对化石能源的依赖，咱们国家更应该重视。

　　

   

   

图像:C3和C4气体交换  来源:Moonsub Lee/伊利诺伊大学

世界面临的主要挑战之一是，随着全球人口持续增长，如何提供可持续的能源来满足社会需求。生物能源作物作为一种可再生能源受到越来越多的关注，但其产量尚未得到充分实现。在最近发表在《GCB Bioenergy》上的一项研究中，来自伊利诺伊大学的一个团队评估了生物能源物种在波动光下光合效率的局限性。

还记得什么是光合作用C3，C4吗？
光合作用是植物将阳光转化为能量的自然过程。植物有两种主要的光合作用，C3和C4。这两种植物的不同之处在于，C4植物多了一种机制——可使用磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPCase）通过临时固碳的碳浓缩机制(CCM)以转运供应更多的CO2给C3光合作用。由于这种碳浓缩机制, C4植物往往有更高的水和氮利用效率。

已知在波动的光线下，光合效率会降低，但尚不清楚C4植物是否比C3植物面临更大的效率降低。“我们想知道C3和C4植物对波动光线的反应，因为农田作物经历的限制因素之一是由于重叠的叶子遮荫、风或路过的云，以及一天中太阳角度的变化而改变的光线，”伊利诺斯州博士后研究员Moonsub Lee领导了一项名为“利用超高产能源甘蔗生产可再生石油”(ROGUE)的研究项目。由伊利诺伊大学香槟分校(University of Illinois Urbana-Champaign)领导的ROGUE项目正在对美国产量最高的两种作物——能源甘蔗(energycane)和芒属植物(miscanthus)进行工程设计，以创造丰富和可持续的石油供应，用于生产生物柴油、生物航空燃料和生物制品。该项目得到了生物与环境研究办公室和美国能源部的支持。

本项目的研究人员旨在通过检测C3和C4生物能源草的叶片气体交换来评估其在稳定和波动光照条件下的光合性能。他们研究了12种不同的生物能源草，其中6种是C3种（举例来说，水稻小麦属于C3种），另外6种是C4种（比如甘蔗、高粱、玉米属于C4种）。

“总的来说，在波动的光线下，C4物种比C3物种可吸收更多的碳，两种类型吸收的碳比基于稳定状态测量的预期少约16%，”伊利诺伊州实现提高光合效率(RIPE)项目的博士后研究员瑞安·博伊德(Ryan Boyd)说，他也参与了ROGUE的这项研究。“C4对波动光的反应有很大的可变性和自然多样性，这提供了证据，表明应对波动光的光合效率可以用来提高C4生物能作物的生产力。”

虽然关于C3和C4物种在变化光照条件下的研究还不多，但本研究结果中发现的变化可以用于未来的植物育种计划。研究人员认为，可以针对生物能源作物以及其他作物的某些特性，提高产量，减少国家对化石燃料的依赖。这个项目的最终目标是工程改造这些生物能源作物，使之能积累“高能量密度的“燃料分子，而这项工作是提高光合作用产能以实现这一目标的重要一步。

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