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/或適應新的環(huán)境秩序的能力至關重要。

        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化為糖和淀粉，但它們以不同的方式進行。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)的化學反應的變體。這些反應會影響植物產(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（由植物學家指定為C3，C4和CAM）與全球氣候變化研究直接相關，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，還會與O2發(fā)生反應，從而導致光呼吸，這是浪費同化碳的過程。在當前的大氣條件下，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。盡管這些作物引領著生物能源領域，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：將二氧化碳轉化為4-碳中間體

        *固定碳的位置：葉肉細胞（MC）和束鞘細胞（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解剖結構。

        *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)部的細胞中。葉周圍是葉肉細胞，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物種來恢復過去灌溉工作中鹽堿化的地區(qū)。