改變植物的光合作用可以抵消全球變暖的影響嗎？

        全球氣候變化導(dǎo)致每日，季節(jié)性和每年的平均溫度升高，并且異常高溫和低溫的強(qiáng)度，頻率和持續(xù)時間增加。溫度和其他環(huán)境變化直接影響植物的生長，是決定植物分布的主要因素。由于人類直接或間接依賴植物作為重要的食物來源，因此了解他們能夠承受和/或適應(yīng)新的環(huán)境秩序的能力至關(guān)重要。

        環(huán)境對光合作用的影響

        所有植物都吸收大氣中的二氧化碳，并通過光合作用將其轉(zhuǎn)化為糖和淀粉，但它們以不同的方式進(jìn)行。每個植物類別使用的特定光合作用方法（或途徑）是一組稱為加爾文循環(huán)的化學(xué)反應(yīng)的變體。這些反應(yīng)會影響植物產(chǎn)生的碳分子的數(shù)量和類型，這些分子的存儲位置，并且重要的是，對于研究氣候變化而言，植物承受低碳大氣，高溫以及減少水和氮的能力。

        這些光合作用的過程（由植物學(xué)家指定為C3，C4和CAM）與全球氣候變化研究直接相關(guān)，因為C3和C4植物對大氣中二氧化碳濃度的變化以及溫度和水的可用性的反應(yīng)不同。

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        人類目前依賴于在高溫，干燥和更不穩(wěn)定的條件下無法繁衍的植物物種。隨著地球繼續(xù)變暖，研究人員已開始探索使植物適應(yīng)不斷變化的環(huán)境的方法。修改光合作用過程可能是這樣做的一種方法。 

        C3植物

        我們用于人類食物和能源的絕大多數(shù)陸地植物都使用C3途徑，這是古老的固碳途徑，并且存在于所有分類法的植物中。幾乎所有體形的現(xiàn)存非人類靈長類動物，包括猿猴，新舊猴子，以及所有猿類，甚至是生活在擁有C4和CAM植物的地區(qū)的猿類，都依賴于C3植物來維持。

        *種類：谷類谷物，例如大米，小麥，大豆，黑麥和大麥；木薯，土豆，菠菜，西紅柿和山藥等蔬菜；蘋果，桃子和桉樹等樹木

        *酶：核糖雙磷酸酯（RuBP或Rubisco）羧化酶加氧酶（Rubisco）

        *工藝：將二氧化碳轉(zhuǎn)化為3-碳化合物3-磷酸甘油酸（或PGA）

        *碳固定的地方：所有葉肉細(xì)胞

        *生物量比率：-22％至-35％，平均為-26.5％

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        雖然C3途徑是常見的途徑，但效率也不高。Rubisco不僅會與CO2發(fā)生反應(yīng)，還會與O2發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致光呼吸，這是浪費同化碳的過程。在當(dāng)前的大氣條件下，C3植物潛在的光合作用被氧氣抑制了40％。在干旱，強(qiáng)光和高溫等壓力條件下，抑制的程度會增加。隨著全球溫度的升高，C3植物將難以生存，而且由于我們依賴它們，所以我們也將如此。

        C4植物

        所有陸地植物物種中只有約3％使用C4途徑，但它們在熱帶，亞熱帶和溫暖的溫帶地區(qū)幾乎占主導(dǎo)地位。C4植物還包括高產(chǎn)作物，例如玉米，高粱和甘蔗。盡管這些作物引領(lǐng)著生物能源領(lǐng)域，但它們并不完全適合人類消費。玉米是一個例外，但是，除非將其磨成粉末，否則它不是真正可消化的。玉米和其他農(nóng)作物也被用作動物飼料，將能量轉(zhuǎn)化為肉，這是植物的另一種低效利用方式。

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        *種類：常見于低緯度的飼草，玉米，高粱，甘蔗，fonio，tef和紙莎草中

        *酶：磷酸烯醇丙酮酸（PEP）羧化酶

        *工藝：將二氧化碳轉(zhuǎn)化為4-碳中間體

        *固定碳的位置：葉肉細(xì)胞（MC）和束鞘細(xì)胞（BSC）。C4具有環(huán)繞每條靜脈的BSC環(huán)和圍繞束鞘的MC的外環(huán)，稱為Kranz解剖結(jié)構(gòu)。

        *生物量比率： -9至-16％，平均為-12.5％。

        C4光合作用是C3光合作用過程的生化修飾，其中C3型循環(huán)僅發(fā)生在葉片內(nèi)部的細(xì)胞中。葉周圍是葉肉細(xì)胞，其中包含一種活性更高的酶，稱為磷酸烯醇丙酮酸（PEP）羧化酶。結(jié)果，C4植物在長的生長季節(jié)中生長旺盛，并獲得大量陽光。有些甚至耐鹽，使研究人員可以考慮是否可以通過種植耐鹽C4物種來恢復(fù)過去灌溉工作中鹽堿化的地區(qū)。