中科院微生物所在提高光合作用效率上取得新進展

　　 光合作用是一個極其復雜的生化過程。根據是否需要光，光合作用被人為地分為光反應和暗反應，兩種反應是密不可分的有機整體。光反應產生能量ATP和還原力NADPH，而暗反應需要消耗ATP和NADPH，實現對二氧化碳的還原固定。

　　中科院微生物研究所李寅研究組針對光反應產生的ATP不能滿足暗反應固碳能量需求這一問題，根據光反應中ATP是與NADPH偶聯產生的基本原理，從細胞全局出發，把光合作用的光反應和暗反應作為有機整體，以連接光合作用光反應和暗反應的NADPH為切入點，提出了一個導入NADPH消耗模塊，從而打破細胞固有的NADPH平衡，通過光反應與暗反應的有效耦聯，來增強光反應的內在驅動力，進而提高光合作用效率的新策略。該工作已于2016年8月在線發表在Metabolic Engineering雜志上。

　　李寅告訴《中國科學報》記者，該研究的意義主要體現在兩個方面：一是經過各種指標評測，經過改造的藍藻，其光合作用效率可以提高40%到50%，表現在生長速度和生物量顯著提高。為此李寅舉例，假設農作物的光合作用能提高50%，意味著每畝地就能增收50%的糧食。如果農作物的生長速度還能加快，意味著一年也許可以種兩季、三季，土地的利用率就能進一步提高。“事實上，40%到50%的提高幅度，對光合作用這樣一個非常復雜的體系，是相當高的。”

　　二是經過改造的藍藻，其光飽和點從600光照強度單位（以光量子通量密度表征，mmol/m2/s），提高到了1200光照強度單位。這意味著改造后的藍藻，能夠耐受更強的光，或者說能夠適應更寬的光照強度變化范圍。

　　“這對自然界中的植物特別有意義，因為我們知道，在自然界中，光照強度的變化幅度是很大的。如果能夠改造獲得耐受高光照強度的植物，在太陽光強烈時，這些耐受高光照強度的植物，正好可以更有效地把光能轉變為化學能固定下來，實現增產。”同時，他認為能夠耐受高光照強度的植物，也具有更好適應自然界中光照強度變化的能力。

　　由于研究是以一種能夠進行光合作用的原核微生物——藍藻為模型，所以李寅認為，不能簡單地推斷，在這樣一個原核生物中取得的結果，一定能夠在真核生物或植物中產生相似的效果。

　　他表示，以往關于光合作用的研究，或希望提高光反應的效率，或希望提高暗反應的效率，有點像“頭痛醫頭，腳痛醫腳”。把光反應和暗反應作為一個整體來提高光合作用效率的思路，也可為改造植物光合作用效率的相關研究提供借鑒。

　　同時，李寅研究組的結果也表明，藍藻的光合作用效率可能還有更大的提高空間。“目前我們還不完全清楚改造后藍藻耐受更高光照強度的分子機制。如果弄清這種機制，我們或許會發現與光合作用相關的新靶點，有可能導致新的改造思路或策略的誕生。”