点击图片查看原图 美国《技术评论》2015年十大技术突破之一：加速的光合作用
来源：科技日报 作者：科技日报 发表时间：2015-03-31
技术成熟所需时间：10到15年。
技术突破：借助一种先进的基因工具，粮食作物从太阳光获取能量的速度将会大幅提升，从而提高粮食产量，给全球更多人提供粮食，让数十亿人免受饥荒的威胁。
重要意义：粮食产量将可以快速增长，从而满足越来越多人口的需求。
主要参与者：国际水稻研究所的保罗·奎克、美国明尼苏达大学的丹尼尔·沃伊塔斯、英国剑桥大学的朱利安·希伯德、澳大利亚国立大学的苏珊·冯·凯莫尔。
去年12月份，由来自8个国家12家研究所的遗传学家们组成的研究团队宣布，他们已经在对水稻、玉米和其他能快速生长的杂草进行遗传修改从而让其能更高效地利用光合作用方面取得了重大进展。
这个名为C4光合作用的超级过程可以通过捕获二氧化碳并将其集中在叶子内特定的细胞内，从而加速植物的生长发育，这也是玉米和甘蔗为何产量如此高且生长如此迅速的原因。研究人员解释道，C4有一个秘密武器：二氧化碳浓缩机制。该机制包括C4代谢物穿梭机制及独特的花环结构，两者合作促使C4植物获得更高的光能利用效率，从而实现增产。
研究者们相信，人类可以帮助水稻“进化”出C4光合作用机制。若C4水稻研发成功，它将减少化肥的使用，比传统水稻更适应干旱等恶劣环境，重要的是，可以使水稻增产50%。
由国际水稻研究所（IRRl）的保罗·奎克领导的该研究小组将关键的C4光合作用基因引入一种水稻植物内，并且证明，其能进行一个加速的光合作用过程。研究人员之一、美国唐纳德丹佛植物科学中心的研究院托马斯·布鲁特内尔表示：“这是我们首次在水稻内看见C4循环，非常令人兴奋。”
为了获得加快的光合作用，研究人员需要对植物进行遗传修改，让其生产出特定的细胞：一套细胞用于捕获二氧化碳；而其周围的另一套细胞则将二氧化碳聚合在一起。然而，科学家们仍然不知道哪些基因与生成这些细胞有关，他们怀疑可能有数十个基因与此相关。
新的遗传编辑方法使科学家们能精确地对植物的基因组进行修改，这将有助于解决这个问题。布鲁特内尔说，要想使用传统育种方法来操控两个以上的基因，这简直是“异想天开”，更不用说对植物的数十个基因进行操控了，而遗传编辑使得修改大量的基因成为可能。
不过，每名参与C4水稻研究的人都知道，这是一项漫长的工作。澳洲国立大学医学院环境生物学教授苏珊娜·凯米尔在《科学》杂志上撰文表示：“我们预期未来三年获得C4水稻的原型，然而，距离C4水稻走入田间，还需要进行15年的完善。”而且，一旦科学家们解决包括水稻在内的植物的C4谜团，那么，这种方法能被广泛用于显著提高包括小麦、西红柿、土豆、苹果和大豆等在内的很多其他农作物的产量。
