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新型光呼吸旁通有望显著提高水稻的光合效率

研发家 | 2025-05-07

近日，中国农业科学院生物技术研究所作物高光效功能基因组创新团队在光合成生物学领域取得重大突破。该团队通过生成全新的碳氮代谢藕合光呼吸，完成了光呼吸过程中能量和碳氮的高效利用，为培育绿色高产水稻开辟了新的途径。植物细胞发表了相关研究成果(The Plant Cell)上。

碳三(C3)作物是指二氧化碳同化的初始产物，是光合碳循环中的三碳化合物-3-磷酸甘油酸植物，其光呼吸会导致约30%的固定碳流失。二氧化碳同化时，碳四(C4)作物的初始产物是四碳化合物——苹果酸或天门冬氨酸。C3作物的光合效率和产量远低于C4作物。大米、小麦、大豆等。都是C3作物。如何减少C3作物的光呼吸，避免碳氮代谢紊乱，一直是科学界亟待解决的问题，对农业生产也有重要意义。

本研究选择了“自上而下”的理性设计模式，在水稻中产生了两种全新的碳氮代谢藕合光呼吸旁通。这种旁通可以使叶绿体中的乙醇酸代谢产生草酰乙酸，而不会释放二氧化碳，从而促进氨基酸、能量和糖的产生，显著提高水稻的光合效率和氮利用效率。

田间实验表明，在正常生长环境下，碳氮代谢藕合光呼吸旁通的大米产量比大米高19.0%，低氮条件下大米产量比大米高44.1%。这项研究不仅揭示了光呼吸旁通调节碳氮代谢的新机制，也为培养高产、节肥、适应性强的大米新品种提供了科学论证。

这项研究得到了国家重点研发计划和中国农业科学院创新项目的资助。

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