由于空气更清新 植物在周末的光合作用“生产力”更高

由于空气更清新植物在周末的光合作用“生产力”更高研究人员分析了2018年至2021年间欧洲植物叶片中叶绿素发出的光量的卫星测量结果，这代表着光合作用的发生量。通过与同期空气污染的卫星测量结果进行比较，他们发现，当气溶胶含量较低时，光合作用率就会提高。气溶胶是一种污染，包括灰尘以及由野火和人类活动产生的烟雾。气溶胶会阻止阳光照射到地球表面，从而影响植物的光合作用能力。当大气中的气溶胶污染较少时，更多的阳光可以照射到植物的叶子上。道路车辆产生的气溶胶污染会限制植物的光合作用能力图源：AlekseiGorodenkov/Alamy研究人员发现，在欧洲64%的地区，周末的光合作用率较高。He说：“周末的交通和工业活动较少，空气比工作日更清新，因此我们看到了很强的‘周循环’。”此外，与其他年份相比，2020年的气溶胶污染由于covid-19大流行而大幅减少，因此在这一年，植物一整周都很有“生产力”。研究表明，降低气溶胶含量，尤其是运输或工业生产过程中产生的气溶胶含量，可以让植物捕获并储存更多的碳。He说：“改善空气质量不仅有利于人们的健康，而且对生态系统的生产力也非常有利。”相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2306507120...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1399227.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1399227.htm

革命性三维快照揭示光合作用背后的“秘密机器”

革命性三维快照揭示光合作用背后的“秘密机器”图片显示的是植物RNA聚合酶PEP的高分辨率三维模型，它在光合作用中发挥着核心作用。图片来源：PaulaFavorettiVitaldoPrado和JohannesPauly/MPI-NAT,UMG没有光合作用，就没有空气可呼吸--光合作用是地球上所有生命的基础。这一复杂的过程使植物能够利用太阳光能将二氧化碳和水转化为化学能和氧气。这一转化过程在叶绿体中进行，叶绿体是光合作用的核心。叶绿体是在进化过程中形成的，当时今天植物细胞的祖先吸收了一种光合蓝藻。随着时间的推移，这种细菌越来越依赖于它的"宿主细胞"，但仍保留了一些重要的功能，如光合作用和细菌基因组的一部分。因此，叶绿体仍然拥有自己的DNA，其中包含"光合作用机器"关键蛋白质的蓝图。从PEP到能源马克斯-普朗克多学科科学研究所（MPI）研究组组长、哥廷根大学医学中心教授、哥廷根"多尺度生物成像"（MBExC）英才集群成员豪克-希伦（HaukeHillen）教授博士解释说："一种独特的分子复制机器，即名为PEP的RNA聚合酶，从叶绿体的遗传物质中读取遗传指令。希伦强调说，它对于激活光合作用所需的基因至关重要。没有正常运作的PEP，植物就不能进行光合作用，就会变成白色而不是绿色。"不仅复制过程复杂，复制机器本身也很复杂：它由一个多亚基核心复合体（其蛋白质部分在叶绿体基因组中编码）和至少12个相关蛋白质（称为PAPs）组成。植物细胞的核基因组为这些蛋白提供了蓝图。汉诺威莱布尼茨大学植物学研究所教授ThomasPfannschmidt博士说："到目前为止，我们已经能够从结构和生物化学角度描述叶绿体复制机的一些单独部分，但我们还缺乏对其整体结构和单个PAPs功能的精确了解。"3D详细快照通过密切合作，豪克-希伦（HaukeHillen）和托马斯-普范施密特（ThomasPfannschmidt）领导的研究人员现在首次成功地以3.5埃（比毫米小3500万倍）的分辨率对19个亚基的PEP复合物进行了三维可视化。"我们从植物研究的典型模式植物--白芥子中分离出了完整的PEP，"Pfannschmidt团队的成员、现发表在《分子细胞》（MolecularCell）杂志上的这项研究的第一作者之一弗雷德里克-阿伦斯（FrederikAhrens）介绍说。随后，科学家们利用冷冻电子显微镜创建了由19个部分组成的PEP复合物的详细三维模型。为此，研究人员对样本进行了超高速速冻。然后，研究人员从多个角度对复制机进行了数千次拍摄，直至原子级别，并通过复杂的计算机计算将它们组合成一个整体图像。"结构快照显示，PEP核心与其他RNA聚合酶（如细菌或高等细胞的细胞核）中的核心相似。然而，它包含叶绿体特有的特征，这些特征介导了与PAPs的相互作用。后者只有在植物中才能发现，而且它们的结构非常独特，"国际植物研究所博士生、MBExC赫莎-斯波纳学院成员、该研究的第一作者PaulaFavorettiVitaldoPrado解释说。科学家们已经假定，PAPs在读取光合作用基因的过程中发挥着各自的功能。"我们可以看到，这些蛋白质以一种特殊的方式排列在RNA聚合酶核心周围。根据它们的结构，PAPs很可能以各种方式与核心复合体相互作用，并参与基因读取过程，"Hillen补充说。了解光合作用的演变研究小组还利用数据库寻找进化线索。他们希望找出在其他植物中观察到的复制机结构是否相似。Pfannschmidt说："我们的研究结果表明，PEP复合物的结构在所有陆生植物中都是相同的。关于叶绿体DNA复制过程的新发现有助于我们更好地了解光合作用机器生物发生的基本机制。这些发现对未来的生物技术应用也很有价值。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422939.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422939.htm

利用人工光合作用种植作物

利用人工光合作用种植作物光合作用通常是指绿色植物吸收光能后，把二氧化碳和水转化为有机物（包括可供食用的部分）和氧气。但这个过程的能量效率非常低——只有约1%的太阳能会被植物利用。近日，通过一种人工光合作用的方法，将二氧化碳和水转化为了食物。研究人员利用的是他们自主开发的两步串联电解装置，以及两步电催化方法：首先将二氧化碳和水转化为醋酸盐，然后在黑暗环境下培养可制造食物的生物体，这些生物体能够通过“吃”醋酸盐来繁殖。其中，电能是利用太阳能电池板产生的。研究人员表示，这种有机-无机混合系统可以将能量转化效率（太阳能到“食物”）最多提升到植物的18倍。他们还探究了利用该技术种植农作物的潜力，结果发现，豇豆、番茄、烟草、大米、油菜和绿豌豆都能在黑暗环境中，使用醋酸盐中的碳来生长。研究人员表示，这种人工光合作用的方式或可以用在城市中以便种植作物，或用于未来的太空探索。

科学家捕捉到光合作用“从水到氧”过程

科学家捕捉到光合作用“从水到氧”过程日本冈山大学教授沈建仁等人成功捕捉到了负责植物光合作用的蛋白质中存在的催化剂吸收水分子的瞬间。研究报告发表在本周出版的《》期刊上。光合作用是指植物和藻类利用阳光分解水和二氧化碳、产生能量和氧气的反应。名为“光系统Ⅱ”的约20个蛋白质与叶绿素组成的复合体吸收光能，从水分子中分离电子和氢离子，形成氧气分子的过程是光合作用的开始。研究团队此前捕捉到水分子被光系统Ⅱ吸收之后的情形，但不知道这一过程中发生了什么。研究团队在X射线激光设施“SACLA”中，利用持续数十飞秒(1秒的1000万亿分之一)的X射线进行闪光拍摄，捕捉到了光系统Ⅱ蛋白质的快速活动。用可见光照射蛋白质，在促进反应的同时，通过X射线照射分析了吸收水分子后立体结构发生变化的情形。沈教授表示，今后将对光系统Ⅱ的最后一步，也就是出现氧分子的过程进行分析。如果能解析植物的光合作用，并应用其原理，或有望实现人工光合作用。来源，图：圆形的大型放射光设施“SPring-8”和直线型的X射线自由电子激光设施“SACLA”频道：@kejiqu群组：@kejiquchat

植物细胞中的叶绿体基因转录机器控制着叶绿体的发育过程，并在调控植物光合作用中发挥着关键作用。但是叶绿体基因转录机器构造一直是未解

植物细胞中的叶绿体基因转录机器控制着叶绿体的发育过程，并在调控植物光合作用中发挥着关键作用。但是叶绿体基因转录机器构造一直是未解之谜。中国科学院分子植物科学卓越创新中心张余研究团队与合作者，通过多年研究，揭开了叶绿体基因转录机器构造。该成果于北京时间3月1日在国际学术期刊《细胞》发表。据了解，此项研究将有助于提高植物的光合作用效率和吸收二氧化碳的能力，未来有望在提升农作物产量等领域发挥重要作用。（央视新闻）

康奈尔大学研究人员借助藻类的能力为光合作用增效

康奈尔大学研究人员借助藻类的能力为光合作用增效研究人员通过在烟草植物中加入藻类元素，显著提高了植物的光合作用和生长能力，从而提高了植物的生产力和固碳能力。这项研究以Rubisco为中心，Rubisco是地球上每个生态系统中最丰富的蛋白质。Rubisco通过固定碳来完成光合作用的第一步，它以各种形式出现在各种生物体内，包括植物、红藻、绿藻和细菌。Rubisco的速度很慢，而且很难区分氧气和二氧化碳，Gunn和其他几位Cornellians正在研究这个问题。因此，Rubisco经常限制植物生长和作物产量。一种红藻Griffithsiamonilis（Gm）含有Rubisco，它的固碳效率比其他生物（包括陆地作物）的Rubisco高30%。至少20年来，科学家们一直有兴趣将高效的GmRubisco移植到水稻、小麦、大豆和烟草等植物中，以提高它们的产量。这是因为Rubisco需要多种"伴侣"，它们对蛋白质的折叠、组装和活性至关重要--烟草植物中有7种这样的助手--而红藻中的大多数伴侣都是未知的。在他们的研究中，Gunn和她的合著者得以解决GmRubisco的三维结构问题，并利用这一信息成功地将水螅根杆菌（Rhodobactersphaeroides，RsRubisco）的少量区域嫁接到细菌的Rubisco中。"RsRubisco的效率并不高，但它与GmRubisco的关系非常密切--它们就像是表亲--这意味着，与陆地植物的Rubisco不同，它可以接受嫁接的序列，"Gunn说。"RsRubisco在陆地植物中折叠和组装时也不需要任何特殊的伴侣物。"这种变化使羧化率（Rubisco启动碳固定过程的速度）提高了60%，羧化效率提高了22%，RsRubisco区分二氧化碳和氧气的能力提高了7%。随后，作者将他们的细菌突变体移植到烟草中，与未改变RsRubisco的烟草相比，烟草的光合作用和植物生长都翻了一番。Gunn说，烟草是最容易操纵Rubisco的陆生植物，因此可以作为开发更高效的Rubisco的试验案例，这种Rubisco可以转移到更多与农艺相关的物种上。Gunn说："我们还没有达到超越野生型烟草的程度，但我们已经步入正轨。我们只需要对Rubisco性能进行适度的改进，因为即使在整个生长季中进行很小的改进，也能使植物的生长和产量发生巨大的变化，而且潜在的应用领域涉及多个领域：更高的农业产量；更高效、更经济的生物燃料生产；碳封存方法；以及人造能源的可能性。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1373871.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1373871.htm