提高农作物的增产量

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2023年，全世界的人口达到了76亿。照这一趋势，在本世纪中期，全球人口总数将超越100亿。假如这一趋势成为实际，那么，一个很实际的问题就摆在了面前：谁来填饱咱们的肚子？

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100亿人口的肚子，怎样才干填饱？

饥饿间隔城市居民来说，是一个十分生疏的词汇。但在科学家眼中，饥饿却能够预见。据估计，为了养活这100亿人口，到本世纪中叶，全世界的农业水平要比2005年进步60%-120%。

一个字：难。

但奇观并非难以达到。在1960年到2005年的这45年里，全球作物产值从每公顷1.84吨，添加到了3.96吨，增幅达135%。背面的原因，在于杀虫剂和化肥的运用，高产值种类的培养，以及灌溉等技能的提高。

未来的农业，相同需求来自这些范畴的打破。今日，宣布在顶尖学术期刊《科学》上的一项研讨，就带来了一个好消息。经过对植物进行生化通路的改造，生物学家们找到了一种带来超级农作物的办法。使用该办法，一部分试验植物增重超过了40%！

咱们知道，植物是一种奇特的生物。从一颗种子，长成一棵参天大树，它的分量不知增加了几千几万倍。这些质量不是来自土壤，而是来自空气中的二氧化碳。

在植物中，存在一种叫做RuBisCO的酶。在光合作用时，这种酶可以把空气中的二氧化碳变成糖分，成为植物体内的有机组成部分。但是，这种酶却并非完美它不但能辨认二氧化碳，还能结合氧气。而它与氧气的结合，则会生成一种有毒的代谢产品。

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光呼吸会形成能量的糟蹋

为了不让自己中毒，植物不得不选用一种叫做光呼吸（photorespiration）的生化通路，进行排毒。但这究竟需求耗费能量，并且耗费得还不少！此外，光合作用辛辛苦苦堆集下来的生物质（biomass），也会损耗25%。据估计，关于大部分农作物而言，光呼吸所耗费的能量，对作物产值形成了20%-50%的损耗。

仅仅在美国中西部，每年由于光呼吸而丢失的卡路里，就能喂饱2亿人口。本研讨的负责人Donald Ort教授说道。

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本研讨的负责人Donald Ort教授

如果能根绝这种糟蹋，不就有望添加植物的产值了吗？这正是研讨人员们所着力的方向。咱们知道，光呼吸是一条杂乱的生化通路，触及9个酶催化的过程，反响还会发生在叶绿体、过氧化物酶体、以及线粒体等多个不同的部位。这种杂乱的状况，要是能得到精简就好了。

研讨人员们使用组成生物学的办法，规划了3种不同的代替通路。第一种代替通路里有5种酶，第二种代替通路里有3种酶，第三种代替通路只需要2种酶。此外，他们还使用了RNAi的办法，按捺植物体内的原始通路。

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本研讨规划的三种不同替代通路

温室选择的效果发现，3种替代通路有着大相径庭的表现。第一种通路下，植物的生物质添加了13%，第二种通路则没有带来什么明显变化。幽默的是，第三种通路在没有运用RNAi的情况下，生物质就添加了18%。假设运用RNAi，这一添加还能上升到24%！

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左面四棵为对照组，右边四棵为通过改造的植物，你能看出差异吗？

温室的环境得到了严厉的操控，合适植物成长。在野外环境下，这些植物是否还能坚持如此显着的增加？

事实上，在郊野间成长的植物，比温室里长得还要好！研究人员们计算了两个成长季的成长数据，发现比较野生型，通过基因改造的植物（第三种通路），其生物质提高了25%有余。辅以RNAi，增加更是超越40%。

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研讨人员们在田间取样

研讨人员们把这种替代通路比作是巴拿马运河。这条运河的存在，大大前进了买卖的功率。而他们所规划的替代通路，则在植物体内前进了代谢功率，有着异曲同工之妙。

现在，这项研讨主要在烟草中结束。研讨人员们豁达地标明，由于光呼吸通路在大多数植物中都存在，这一战略有望用于多种作物的改造，毕竟前进作物的产量。关于大豆、豇豆、水稻、马铃薯、西红柿、以及茄子的改造，正在进行之中。

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