伊利诺伊大学的一个团队开发了一个模型，将光合作用视为一个动态过程，而不是一种正在发生或未发生的活动。这使该小组能够检查由于间歇性云层、覆盖的叶子和太阳每天穿过天空而导致作物叶子经历的许多光线波动的影响。在当今种植密集的作物中，这些波动是常态。由于对光线变化的缓慢调整导致光合作用效率降低，并且估计成本高达潜在生产力的 40%。如果可以对作物叶子进行基因操作以更快地调整，那么生产力和用水效率的提高将是巨大的。
植物利用阳光通过光合作用产生食物。每天早晨太阳升起时，植物必须做好准备从阳光中获取养分，这需要时间。减少植物的准备时间可能是提高许多品种产量的关键。
“当光线变化时，植物需要时间来适应它。这需要时间并且会降低效率，”伊利诺伊州的博士后研究员 Yu Wang 说，他领导了一项名为“实现增加光合效率(RIPE)”的研究项目。“我们的目标是试图限制过渡期间的损失。我们正在努力使植物对动态光环境做出更快的反应。”
RIPE 由伊利诺伊州领导，是一个国际研究项目，旨在通过开发粮食作物来提高全球粮食产量，在比尔和梅琳达·盖茨基金会、食品和农业研究基金会和英国的支持下，这些作物可以更有效地将太阳能转化为食物外交、联邦和发展办公室。
在最近发表在《植物杂志》上的这项研究中，RIPE 研究人员表明，通过将光合作用视为一个动态过程，他们可以提高 C4 植物(使用 C4 碳固定进行光合作用的植物)的响应时间，以调整更多迅速到光线的波动。
首先，他们根据在玉米、高粱和甘蔗中制作的波动光下的实际光合作用测量值验证了他们的模型。然后，他们使用他们的模型来预测光合作用中的哪些步骤限制了该过程对三种作物的光照波动的响应。
“要意识到的重要事情是在作物冠层中，光线一直在变化，但 99% 的限制光合作用的调查都涉及恒定的光线，这是田间作物叶子可能永远不会经历的，”RIPE 主任斯蒂芬说Long, Ikenberry Endowed 伊利诺伊州 Carl R. Woese 基因组生物学研究所作物科学和植物生物学大学主席。“也许我们忽略了这样一个想法，即如果我们提高波动光的效率，而不仅仅是在恒定光下，我们可以看到很大的结果。”
通过将光合作用视为一个动态过程，该团队能够查看该过程的哪些部分限制了响应速度。通过他们的建模和模拟，他们确定了他们认为在调整中必不可少的两种蛋白质。今年夏天，该小组将继续他们的工作，与另一个 RIPE 研究团队合作，以调节玉米中的两种蛋白质，并与来自美国伊利诺伊州能源部高级生物产品和生物能源创新中心 (CABBI) 的高粱和甘蔗研究团队合作，继续他们的工作。设计这些蛋白质。
“我们认为这具有很大的潜力，”龙说。“这可以将生产力提高 10% 到 20%。与实现的产量增加相比，更重要的是，随着育种的逐年增加，这将是一个巨大的飞跃。当然，时间会证明我们是否能够实现这一点。”
实现提高光合作用效率 (RIPE) 旨在改善光合作用并为全球农民提供高产作物，以确保每个人都有足够的食物过上健康、富有成效的生活。RIPE 由比尔和梅琳达盖茨基金会、美国食品和农业研究基金会以及英国外交、联邦和发展办公室赞助。
RIPE由伊利诺伊大学牵头，与澳大利亚国立大学、中国科学院、英联邦科学与工业研究组织、兰卡斯特大学、路易斯安那州立大学、加州大学伯克利分校、剑桥大学、埃塞克斯大学、和美国农业部农业研究服务。
RIPE 项目及其赞助商致力于确保全球接入，并将项目技术提供给最需要它们的农民。
