农业与光合作用研究的新挑战

人类人口增加和土地使用模式变化意味着到2050年，全球食品生产率需要至少提高50%，这对水稻（Oryza sativa）和小麦（Triticum aestivum）等主要作物的可收获产量每公顷提出了巨大的挑战。仅仅通过培育改善形态相关性状，如收获指数，以及增加水和肥料的投入，这些自1960年代以来维持的产量增长将既不够也不可持续。一个重要的限制因素是，在有利的生长时期内生产足够生物量的能力。在这里，我们分析了在提高太阳能转化为生物量的效率背景下的问题，即叶片和冠层光合作用。我们专注于进行C3光合作用的作物，分析了在太阳能转化为作物生物量的过程中存在的“损失”证据，并探索了改善生物量生产率的新机制，这些机制源于最近对光合作用和碳水化合物代谢基本过程的研究。我们表明，有多个证据表明这些过程并未充分优化以实现最大产量。我们提出假设，叶绿体本身应在作为传感器、处理器和高度可变环境信号的整合者方面获得更大重视，以便更有效地将能量供应转化为生物量生产。