植物新的代谢循环可提升碳捕获能力并增加种子产量

代谢重组使植物获得更快碳捕获速度、更高产量及额外生物燃料生产潜力。

中国台湾研究团队设计出植物吸收利用二氧化碳的新途径，可能重塑应对气候变化的格局。通过在模式植物中植入额外生化循环，研究人员在不增加水分需求的条件下提升了植株生长速度、种子产量及脂肪产量。

植物通常依赖卡尔文-本森-巴沙姆循环将二氧化碳固定为有机化合物。该循环中的关键酶Rubisco效率低下众所周知，这种局限性一直制约着植物的固碳能力。为突破此限制，研究团队引入了名为丙二酰辅酶A-甘油酸循环（简称McG循环）的新途径。

与卡尔文循环不同，McG循环可直接输出适用于脂质生产的二碳分子，并在两个步骤中吸收碳元素，实现每轮循环捕获更多碳。关键在于McG循环与卡尔文循环相联结，使两个系统能够平衡过量分子。该设计包含八步反应，所有反应均由自然界存在的酶催化（尽管这些酶并非天然存在于同一物种）。

模式植物验证

研究团队将McG循环基因导入拟南芥（植物研究常用小型杂草）后取得显著成果：改造植株重量达到对照组的2-3倍，叶片数量更多、尺寸更大，种子产量也更高。

研究摘要作者Madeleine Seale指出："植入McG循环的植物表现出脂质含量、种子产量和整体生物量的提升。"放射性示踪技术证实被捕获的碳流向了预期分子，成像技术则显示细胞中充满了脂质囊泡 —— 在某些案例中甘油三酯含量提升百倍以上。

这些增益效果在不同生长条件下均得以呈现。植物在未消耗额外水分的情况下捕获了更多碳，这对实际应用具有重要意义。

实际应用前的障碍

尽管前景广阔，研究人员建议谨慎看待早期结论。拟南芥是实验室模式植物而非农作物或林木，大型植物对过量脂质积累的反应可能不同。实验室肥沃土壤也无法反映田间条件的挑战。

另一关键问题在于额外固定碳的留存比例。若植物死亡后脂质发生氧化，多数效益将会消失。但该途径可能成为生物燃料生产的工具 —— 脂肪可转化为燃料。

目前这项研究提供了概念验证。Seale强调："该工作证明无需直接改变Rubisco性能也能增强碳固定和植物生长。"植物代谢重组能力标志着重要里程碑，科学家成功改造了运行数十亿年的循环系统，在保持系统完整的同时使植物蓬勃发展。

该项研究成果已发表于《科学》期刊。

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