到 2022 年，全球近十分之三的人面临粮食短缺，其中十分之一以上的人严重粮食不安全。

提高植物产量是减少短缺的一种方法，并且已经取得了巨大进展。例如，虽然玉米产量在过去百年中增加了两倍，但用水量也增加了两倍。

我们需要能够在不增加进一步需求的情况下提高生产力，特别是在水方面。

植物生长尚未出现显着改善的一个方面是转化效率——植物通过光合作用将太阳辐射转化为生物质的效率。

现有农作物品种（如小麦和大豆）的光合作用几十年来几乎没有改善。

对植物进行基因调整，通过提高其光合作用能力来提高产量。

农作物光合作用的效率远低于理论最大值，但由于该过程的复杂性，很难受到影响——有 100 多个步骤，由更多的基因编码，产生数百万种潜在的排列。

使用功能强大的计算机构建了光合作用过程的数字孪生。它可以以数百万种方式调整该过程。

软件可以从数百万个选项中识别出那些将带来最大改进的选项。

然后我们将这些基因工程改造为农作物，如果这能改善温室，那么我们就会将其带到我们的实验农场并在现实环境中进行测试。

这已经取得了有希望的结果。大豆植物光合作用机制的改变已使受控环境下的产量提高了 20% 以上，目前正在进行田间试验。

这项工作的重点之一是调整植物对光照水平变化的反应方式。

该团队一直在研究编码叶黄素循环蛋白质的三个基因。当叶子从光处移动到阴处时，就会发生这种情况，从而阻止植物吸收超过其可用的光。

然而，这个过程可能需要几分钟 - Ripe 的基因变化意味着植物可以更快地适应光照水平的变化。

世界各地也在尝试增强光合作用。

致力于通过提高野生植物中发现的基因的表达来提高每片叶子进行光合作用的比例。

这个过程涉及复杂的计算生物学，我们正在做的事情是尝试对野外自然发生的光合作用升级进行逆向工程，这样我们就可以在农作物中复制它们。

通常，该基因已经存在于植物中，并且可以在不同区域被激活。

我们可以观察小麦，发现该基因已经存在于小麦基因组中，只是位置错误。因此，当我们想要改进植物这部分的特定过程时，我们需要做的就是打开开关并在该位置打开该基因。

另一个例子是在玉米中发现的一个基因，它可以帮助植物进行所谓的 C4 光合作用，这是一种在小米中也发现的特别有效的光合作用形式。已在小麦中激活了它。

正在研究小麦、大豆和玉米，并已实现种子生物量增加 20% 以上，目前正在评估田间试验。

通过去除 DNA 来打开和关闭基因，与涉及从其他物种导入基因的基因改造 (GM) 不同。

• 研究是否可以将植物改造为使用较低能量的远红光而不是可见光进行光合作用的早期阶段。

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在某些情况下是有潜力的，但我们仍处于研究其工作原理以及利弊的早期阶段。

一些科学家对田间作物的实际产量持谨慎态度。

提高叶子的光合作用能力只会导致叶子变小，而高光合作用率可能意味着更多的水分流失，这意味着植物需要更多的灌溉。

任何转基因或基因编辑方法要想产生广泛的影响，都需要在不同地区种植的品种中进行复制。表达控制的微妙性以及与每个品种遗传背景的相互作用将使这变得棘手。

由于工作仍处于早期阶段，通过改变光合作用可以提高多少商业产量还有待观察。

不同的技术可以结合使用，以达到更好的效果。

我们知道这些是可叠加的改进，可以推动越来越多的增长。

因此还会有其他技术 - Ripe 将是其中之一 - 所以我们可以说我们俩都是单独做这件事，但是结合起来会更强大吗？

源：BBC