在接下来的二十年中，作物产量需要大幅增加，以满足不断增长的全球人口需求。如果我们有一个水晶球来向我们展示提高作物产量的最佳策略，那难道不是非常有用吗?

一组科学家刚刚开发出这样一种动态模型：一种动态模型，可以预测植物的光合作用会提高小麦和高粱作物的产量。

“我们开发了一种可靠的，生物学上严格的预测工具，可以量化与在真实作物环境中操纵光合作用相关的产量增益，”来自ARC转化光合作用卓越中心(CoETP)和昆士兰大学的Alex Wu博士说。 UQ)。植物通过光合作用将阳光，二氧化碳和水转化为食物，一些研究表明，这一重要过程可以设计得更有效。

“到目前为止，很难评估这些操纵对作物产量的影响。这种预测工具将帮助我们找到提高全球粮食作物产量的新方法。”本周发表在“自然植物”杂志上的论文的第一作者吴博士说，这种建模工具能够通过整合光合作用和生长季节，将生物尺度从叶片中的生物化学与整个田间作物联系起来。作物模型。

“它是评估和指导光合作用和破坏效应的有力工具，它们混淆了光合效率和作物性能之间的关系，”他说。中心副主任Susanne von Caemmerer教授说，该研究中最具创新性的方面之一是使用跨尺度建模方法来研究光合作用与叶片孔隙之间的相互作用，从而可以交换CO2和水蒸气。

澳大利亚国立大学(ANU)的研究员von Caemmerer教授说：“我们知道改善光合作用会提高产量并不是么简单。答案取决于具体情况。” 。“例如，我们发现在高粱等作物中，更多的光合作用实际上可以降低水分限制种植条件下的产量。建模预测，如果我们能够保持稳定的二氧化碳进入量或水量，我们可以控制这种产量损失。蒸汽离开，叶子的毛孔。“

来自昆士兰大学的共同作者和中心首席研究员Graeme Hammer教授说，这项研究促进了未来作物改良所需的跨学科研究类型。“它将整个中心的研究联系起来，该中心主要致力于通过增强光合作用来提高小麦，水稻，高粱和玉米等主要主要作物的产量。”

“现在我们已经开发并测试了这种预测模型，我们的下一步是与CoETP的合作者密切合作，设计模拟场景，测试其他生物工程和育种特性目标的效果，”Hammer教授说。其中一位合作者是澳大利亚国立大学教授Graham Farquhar，他是该研究的共同作者。

“在这项研究中，我们正在扩大到整个作物生长季节，并将反馈效应纳入作物资源的光合作用，例如水，这对于预测未来澳大利亚作物环境对作物生产力的影响至关重要，”中心主任说来自澳大利亚国立大学生物学研究院的研究员Farquhar教授。

该团队调查了三个主要的光合作用操作目标 - 增强主要光合酶Rubisco的活性;提高叶子传输电子的能力;并改善通过叶子内层的二氧化碳(CO2)流量。

“这项研究使我们能够量化这三个目标及其组合对小麦和高粱作物在灌溉或旱地作物环境中对作物产量的影响，”吴博士说。该团队发现作物产量变化范围从减少1%到12%增加，这取决于光合作用目标，作物和水资源供应等环境条件的组合。

该研究发表在“自然植物”上，由澳大利亚国立大学和昆士兰大学的澳大利亚研究理事会(ARC)转化光合作用卓越中心资助。