气候变化引起耕地面积减少的同时，世界人口却在增加。因此，瓦赫宁根大学的研究人员正在研究关于减少作物所需土壤面积的课题。他们发现有些植物能更好地利用光。通过利用光合作用过程中的自然遗传变异，植物育种家可能开发出更有效地利用土壤、水和养分的作物。您认为这是一个合适的方法来处理现有耕作土壤的限制吗？

植物从阳光中获取光能，利用光能将水和二氧化碳转化有机物，并释放氧气，此过程称为光合作用。植物遗传学教授Mark Aarts表示：“光合作用已经存在了亿万年，这就是科学家认为光合作用已经得到了充分发展，并且植物正在最高效率生长的原因。“

这远非真相！植物对阳光的利用率不超过0.5％至1％。但是，有些植物，例如：灰芥菜（Hirschfeldia incana），能够比其他植物更好地利用阳光。Aarts表示：“灰芥菜是一种卷心菜。荷兰有句俗语“像卷心菜一样生长”来形容快速增长。卷心菜也许含有能促进光合作用的物质”‘。灰芥菜与沙漠植物具有同种特性。“沙漠下雨时，植物必须立即发芽并以最快的速度生长，否则无法生存。沙漠植物的寿命很短暂，只有几周。“Aarts解释说。

“我们相信，我们可能培育出阳光利用率至少为1.5%的植物，而不是目前的0.5%，这是一个巨大的进步。”——Mark Aarts

遗传变异

这位植物遗传学教授说：“我们发现有一些光合效率更高的植物，这是非常有趣的事情，就像我们对灰芥菜的研究一样。“ 他和植物生理学家Jeremy Harbinson十年前就开始研究这种现象。在学生、博士生和博士后的帮助下，他们不仅发现不同植物物种处理光合作用的方式不同，而且还发现同一物种个别植株也存在差异：有些植光合效率更高。通过利用自然遗传变异，他们现在已经设法改善光合作用过程。

交换叶绿体

Aarts和他的同事研究了拟南芥（Arabidopsis thaliana），这是许多植物科学研究中的一个重要课题。瓦赫宁根的科学家成功地用一株拟南芥植株的叶绿体替换了另一株，而染色体的遗传物质并没有发生任何变化。研究人员将原始植株与具有“新”叶绿体植株进行比较，结果发现新组合的植株生长状况有所改善。

拟南芥：瓦赫宁根的科学家成功地用一株拟南芥植株的叶绿体替换了另一株，而染色体的遗传物质并没有发生任何变化

Aarts表示，这一新发现使育种家能够开发出产量更高的作物。“我们相信，我们可能培育出阳光利用率至少为1.5%的植物，而不是目前的0.5%，这是一个巨大的进步”。

作物

由于气候变化引起的干旱、淤积和强降雨，可耕地面积减少。此外，到2050年，世界人口预计将增加到100亿。确保有足够粮食的方法是种植更加高产的作物。Aarts教授指出，如果使用更好的种子、化肥和足够的水，非洲仍然具有相当大的增产潜力。欧洲不仅可以高产，而且可以为其他大陆提供粮食。因此，我们开发能够更有效利用空间和资源的作物非常重要。

Mark Aarts教授：荷兰有句俗语“像卷心菜一样生长”来形容快速增长。卷心菜也许含有能促进光合作用的物质。

更多能量

“为什么大自然不创造出更多例如灰芥菜一样能有效地利用阳光的植物呢？“这确实是我们想知道的。在自然界中，这种高效的光合作用肯定存在某种缺陷。我们怀疑这种快速生长的植物会加快鼠疫、促进虫害的生长。但是，在农业中，可以通过结合抗病物种和健康的耕种措施来减轻鼠疫以及病虫的危害。

然而，在达到这一目标之前，我们还需要进行许多基础研究。“光合作用提供了植物生长发育所需的能量，但是我们不知道植物是如何利用这些能量的。更高的光合速率不仅会使植物叶片更大，还会使根系更长、更粗，或者花开的繁茂。植物利用阳光的方式多样化，且不总是很明显。”

目前的研究

为了增加对光合作用的了解，瓦赫宁根的研究人员进行了不同的研究。Aarts教授参与了一个研究小米、番茄和玉米基因变异的欧盟光合作用项目。“我们希望能发现显著的差异，就像在拟南芥中一样。”

（Phenovator是瓦赫宁根大学高级研究员Henk Jalink博士开发的高通量光合表型平台，在他创立PhenoVation公司后，将其商业化名称定为PhenoMate）

其他的研究集中在使植物适应光线上。Aarts解释说，当有充足的阳光可用时，其中一部分阳光并不用于光合作用，而是在一个称为非光化学淬灭的过程中以热量的形式辐射出来。“这是一个防止阳光破坏光合作用蛋白质的有益过程。”但在部分阴天，植物往往会过于谨慎，利用这种能力降低光合作用的速率。这使得光合作用的效率远远低于预期。“这一过程究竟是如何运作的，涉及哪些蛋白质，以及能量流向何处?”Aarts的同事们正试图通过NWO资助的广泛研究找到这些问题的答案。

改变光线

NWO也资助由Aarts指导的博士进行的非光化学淬灭研究。NWO最近接受了一项重要的研究提议。这将使Aarts能够与来自瓦赫宁根、乌得勒支、阿姆斯特丹和美国的同事以及10家育种公司合作，研究植物如何应对光照环境的变化。例如，云遮住了太阳，或者天气在多云和晴天之间转换，或者由于附近的植物投下阴影。“我们想知道是什么基因在起作用，以及在这方面是否存在基因变异。接下来，我们想看看这些基因如何影响植物对这些环境变化的反应，并减少非光化学猝灭，而不损害植物。举例来说，在温室中，这种保护机制是多余的。