伊利诺伊大学香槟分校 在他们最近的论文中，科学家分析了49种禾本科作物，发现通过重新平衡叶子的资源，植物在今天的气候下会更好地茁壮成长
图片:2017年西高梁项目多样性小组田间试验
信用:WEST项目 美国
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即使二氧化碳(CO2)水平继续上升，也退出巴黎气候协议
通过光合作用，植物能够将二氧化碳转化为产量
逻辑告诉我们，更多的二氧化碳应该会提高作物产量，但伊利诺伊大学的一项新研究表明，包括玉米在内的一些作物适应了工业化前的环境，不能有效地分配资源来利用额外的二氧化碳
大多数植物(包括大豆、水稻、油菜和所有树木)都是C3植物，因为它们首先将二氧化碳固定在含有三个碳原子的碳水化合物中
玉米、高粱和甘蔗属于一种被称为C4的特殊植物，之所以这样称呼是因为它们在光合作用中首先将二氧化碳固定为四碳碳水化合物
平均来说，C4作物比C3作物多产60%
当作物在模拟未来大气条件的高二氧化碳中生长时，研究表明C3的作物可以变得更高产，而一些实验表明C4的作物在高二氧化碳的世界中不会更高产
伊利诺伊大学前博士后研究员查尔斯·皮农说:“作为科学家，我们需要提前思考几个步骤来预测五到三十年后地球会是什么样子，以及我们如何设计作物在这些条件下表现良好。”
“我们认为，对光合作用中的生化限制进行文献综述和回顾性分析，能够让我们对为什么C4作物可能没有反应以及我们如何改变这种情况有所了解
" 这篇发表在《植物、细胞与环境》杂志上的文献得到了“节水高粱技术”(WEST)的支持，这是一个研究项目，旨在利用高级研究项目机构——能源(ARPA-E)的资助，开发能够用更少的水生产更多生物质的生物能源作物
该团队收集了49个C4物种的光合作用测量数据集，包括可能揭示光合作用限制的作物
出现的一致模式是，在低CO2水平下——远低于工业革命前植物会经历的水平——C4的光合作用受到固定CO2的酶的活性的限制
然而，在今天的CO2水平下，C4的光合作用受限于提供接受第四种CO2的三碳分子的能力
“这个发现类似于汽车装配线，发动机的供应超过底盘的供应来接受它们，”合著者斯蒂芬·龙说
伊肯伯里植物生物学和作物科学讲座教授
“我们需要改造这些工厂，以一种或两种方式更好地平衡它们的资源
" 首先，作者建议C4作物需要减少用于固定二氧化碳的酶的数量，并将节省下来的资源重新投资于制造更多的二氧化碳受体分子
其次，他们需要通过减少叶片表面气孔的数量来限制CO2进入叶片
龙说:“降低叶片中的CO2会重新优化生物化学，而不会降低光合作用的速率，而且气孔越少，损失的水分就越少，因此我们正在提高作物的水分利用效率。”
西氏项目于2019年结束
C4农作物的这些拟议变化目前正在通过由能源部支持的高级生物能源和生物产品创新中心(CABBI)进行
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