北京
大熱天中午，人困了打個盹很正常。但你大概不知道——地里的水稻、小麥，也會“午休”。中午陽光最強的時候，水稻、小麥的光合效率反而會大幅下滑，這個現象被植物學家們稱為“光合午休”。它使得光照資源不能被充分利用，約等于糧食“減產”。
該工作的時候，植物卻在睡大覺。
有沒有什么辦法打斷午休，讓植物精神起來呢？最近，來自中國科學家的一項研究，做出了有趣嘗試。詳情發表在6月18日的《細胞》雜志。
被強光曬壞的葉綠體“廚房”
要想給植物“提神”，先要理解它們為什么“犯困”。這得從光合作用講起。
光合作用，就像植物用陽光做“飯”的過程：葉片里的葉綠體是“廚房”，陽光是“爐火”，水和二氧化碳是“食材”，做出來的“飯”是氧氣和糖分。正常光照下，爐火不大不小，一切順利。可一到正午，陽光太猛，等于突然把爐火開到最大，就會把原本老實本分的氧氣分子“點著”，轉化成格外暴躁的單線態氧，它專門攻擊葉綠體的膜和進行光合作用的關鍵結構。
被大量的單線態氧這樣搗亂，植物的光合作用自然就變慢了。這就是植物“午休”的根源。
強光會曬壞光合作用“小廚房”。
那么，面對強光照射，植物就這么坐以待斃嗎？當然不。它們也有一些“防曬”老辦法。比如，把多余的光能轉化成熱量直接散掉，可是反應往往不及時。再比如，派出“清潔工”去清除搗亂的氧分子，但這些“清潔工”，本身耗能也不低，會影響到產量。所以，莊稼“午休”一直是農業上的老大難問題。
給水稻裝上“智能遮陽膜”
在新研究中，中國科學院遺傳與發育生物學研究所的李家洋院士團隊發現，植物體內其實藏著一個相當于“智能防曬開關”的基因。這個基因一旦感知到強光和那些搗亂的氧分子增多，就會像按下開關一樣立刻啟動，指導生產出一種特殊的“防曬蛋白”。
這些防曬蛋白在強光到來時，會迅速跑到葉綠體的外殼上，像搭積木一樣聚集成一層薄薄的“遮陽膜”，讓過強的陽光在進入葉綠體“廚房”之前就被削弱一部分，直接從源頭上減少單線態氧的出現。
于是，團隊想到，如果用基因調控技術，加強這個基因“開關”，讓它反應更快，并且產生更多的“防曬蛋白”來避免“曬傷”。這樣，“午休”是不是就不再必須？
*基因調控，指生物體通過抑制或促進蛋白質合成，來控制基因表達的過程。它可以被人為干預。
李家洋在田間觀察用野生稻開展的高光效試驗情況。
經過四年在海南、北京、黑龍江等地的種植實驗，這批新水稻品種終于能在強光正午穩定地進行光合作用，而且在普通天氣下也能正常生長，產量明顯勝過常規品種。
新研究打開新思路
這項研究，不僅為我們找到了提高產量的新方法，更是打開了一個新思路：
過去人們老想著，怎么修復植物被強光曬壞的“廚房”，而現在，我們可以直接在強光到達植物核心部位之前，就給它“消消火”。
國際上普遍認為，這是作物抗逆育種領域的標志性突破，因為這種“防曬機制”很可能在其他作物（比如小麥、玉米）里也有效。如能成功推廣，將對應對全球氣候變化、保障糧食安全意義重大。
策劃制作
作者丨江帆 科普作者
審核丨陶寧 生物醫學領域 副研究員
策劃丨高佩雯
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