对于任何国家来说，粮食安全都是大问题，而提高粮食产量对保证粮食安全又有重要意义。近期，一个国际研究团队首次证明，通过修复光合作用中的常见故障，作物的产量能大大的提升约40％。这项具有里程碑意义的研究表明，优化植物的光合效率可以显着提高全球粮食生产力。

  光合作用是植物将光能转化为化学能的过程，并不是一个完全有效的过程。光合作用过程的关键阶段是一种名为RuBisCO的酶，它能吸收二氧化碳分子。然而，大约25％的时间RuBisCO错误地收集氧分子，产生植物毒性副产物，破坏整个光合作用过程。光呼吸是植物用于去除这些有问题的副产物的过程。

  “光呼吸是抗光合作用，”新研究的第一作者Paul South解释道。 “它为植物带来了宝贵的能源和资源，它可以投资于光合作用，以产生更多的生长和产量。”

  在大豆，水稻和小麦等粮食作物中，估计光呼吸可占植物光合能量的20％至50％。因此，科学家们一直在努力寻找降低光呼吸能量成本的方法也就不足为奇了。

  实现提高光合效率（RIPE）是一项成立于2012年的国际研究项目，其主要目标是通过设计更有效的光合作用技术来开发提高粮食作物产量的方法。该项目主要由比尔和梅林达盖茨基金会资助，今年早一点的时候，它揭示了一个令人兴奋的简单基因突破，导致作物需要减少25％的水来产生正常的产量。

  为了对抗光呼吸的能量成本，一组科学家致力于设计更有效和更短的光呼吸途径。令人难以置信的工作基本上在植物细胞内创造了替代途径，因此能使用更少的能量更有效地去除有毒副产物。

  “就像巴拿马运河是一项提高贸易效率的工程壮举，这些光吸收捷径是植物工程的一项壮举，它证明了一种极大的办法能够大大提高光合作用的效率，”RIPE主任Stephen Long说。

  随后使用烟草作物对新过程进行了测试，烟草作物由于其快速的生命周期和易于修改而成为作物研究的共同目标。经过两年多的实测，发现经过改造的作物比常规作物长得更高，速度更快，生物量高出40％。

  研究的下一阶段将把这种技术应用于更常见的粮食作物，如大豆，水稻，马铃薯和番茄，希望它能提高作物的产量。研究人员怀疑，在这一突破能应用于现实条件之前，还要花费十多年的时间。

  在这种转基因粮食作物广泛种植之前，必然会出现监管斗争以建立安全概况。尽管如此，RIPE的一项基本承诺是，这些食品工程创新将免费提供给小农户，因此这些技术突破能够在一定程度上帮助养活第三世界国家一直增长的人口。

  “我们每年可以为美国中西部地区的光呼吸所消耗的热量增加2亿人，”首席研究员唐纳德·奥特表示，这项突破可能对美国产生的影响起到一定的帮助。 在全世界内回收这些卡路里的一部分，将大大有助于满足21世纪快速扩大的食品需求。