摘要：

• 在雜志上發(fā)表的一篇新論文中，密歇根州立大學(xué)的研究人員表示，大氣中碳的增加可能會影響植物產(chǎn)生蛋白質(zhì)和其他營養(yǎng)物質(zhì)的方式。
  

• 研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致全球變暖的二氧化碳水平升高會影響植物代謝碳的方式，包括已知的生成氨基酸的過程，而氨基酸是蛋白質(zhì)的組成部分。

• 盡管還需要做更多的工作來了解對植物蛋白質(zhì)含量的最終影響，但研究人員已經(jīng)引入了一種新方法來探測變化環(huán)境下的植物代謝。

密歇根州東蘭辛密歇根州立大學(xué)研究人員的一項新研究強調(diào)，隨著更多的碳進(jìn)入我們的大氣，關(guān)于植物的功能以及它們的營養(yǎng)價值，我們還有很多東西要學(xué)習(xí)。

同樣的碳流入正在推動氣候變化，這意味著這項的新工作也許揭示了這一全球現(xiàn)象正在以一種意想不到的方式重塑自然和我們的生活。

“我們看到的是，氣候變化和營養(yǎng)之間存在聯(lián)系，”植物生物系助理教授伯克利·沃克(Berkley Walker)說，他的研究團(tuán)隊撰寫了這份新報告?！斑@是我們一開始不知道會調(diào)查的事情?！?/p>

盡管二氧化碳水平的升高對光合作用有好處，但沃克和他的實驗室還表明，二氧化碳水平的升高會影響植物的其他代謝過程。這些鮮為人知的過程可能會對蛋白質(zhì)生產(chǎn)等其他功能產(chǎn)生影響。

“植物喜歡二氧化碳。如果你給它們更多的水，它們就會生產(chǎn)更多的食物，它們就會長得更大，”沃克說，他在自然科學(xué)學(xué)院和密歇根州立大學(xué)能源植物研究實驗室工作?！暗绻愕玫降氖且环N更大、蛋白質(zhì)含量更低的植物呢?實際上，它的營養(yǎng)價值會更低?！?/p>

現(xiàn)在確定植物是否面臨低蛋白質(zhì)的未來還為時過早。但這項新研究提出了令人驚訝的問題:當(dāng)周圍有更多二氧化碳時，植物將如何制造和代謝氨基酸——蛋白質(zhì)的組成部分。

該報告的第一作者、博士后學(xué)者傅新宇說，我們現(xiàn)在越努力解決這些問題，我們面對未來的準(zhǔn)備就越充分。

“我們對植物在波動環(huán)境下如何使用不同的代謝途徑了解得越多，我們就能更好地找到控制代謝流的方法，并最終設(shè)計出更高效和更有營養(yǎng)的植物”。

如果一開始植物沒有成功，就會產(chǎn)生光呼吸作用  

光合作用的基本原理非常簡單:植物從周圍環(huán)境中吸收水分和二氧化碳，利用太陽光的能量，將這些成分轉(zhuǎn)化為糖和氧氣。

但有時這個過程一開始就不太順利。負(fù)責(zé)收集二氧化碳的酶可以抓住氧分子。

沃克說，這會產(chǎn)生一種副產(chǎn)物，如果不加以控制，基本上會使工廠窒息。然而，值得慶幸的是，植物已經(jīng)進(jìn)化出了一種叫做光呼吸的過程，可以清除有害的副產(chǎn)物，讓酶在光合作用中再次發(fā)揮作用。

光呼吸不像光合作用那么有名，它有時名聲不好，因為它占用了可以用來制造食物的碳和能量。盡管光呼吸的效率可能很低，但它比另一種方法要好。

“這有點像回收，”沃克說。“如果我們不需要它，那就太好了，但只要我們在產(chǎn)生廢物，我們還不如利用它。”

為了完成它的工作，光呼吸將碳合并到其他分子或代謝物中，其中一些是氨基酸，蛋白質(zhì)的前體。

“所以光呼吸不僅僅是循環(huán)，它可能是升級循環(huán)，”沃克說。

沃克在陳述中用“可能是”而不是“是”是有原因的。光呼吸仍有一些未解之謎，其代謝產(chǎn)物的命運就是其中之一。

代謝偵查  

當(dāng)談到光呼吸作用產(chǎn)生的氨基酸在哪里結(jié)束時，一個既定的理論是它們保持在一個閉環(huán)中。這意味著在這個過程中產(chǎn)生的代謝物被限制在一組精選的細(xì)胞器和生化過程中。

現(xiàn)在，密歇根州立大學(xué)的研究人員已經(jīng)證明，情況并非總是如此。特別是，他們已經(jīng)證明了氨基酸甘氨酸和絲氨酸能夠逃脫這個閉環(huán)的限制。

這些化合物最終會變成什么是一個懸而未決的問題，隨著二氧化碳水平的上升，這個問題可能會變得越來越重要。

沃克說，當(dāng)有更多的二氧化碳時，植物的光呼吸就會減少，所以科學(xué)家們需要更深入地研究植物是如何產(chǎn)生和利用這些氨基酸的。

不過，就目前而言，他和他的團(tuán)隊對他們的發(fā)現(xiàn)感到興奮，這不是一項微不足道的壯舉。它包括給植物喂食一種特殊類型的二氧化碳，其中的碳原子比大氣中常見的碳原子多一個中子。

中子是一種亞原子粒子，因此它的質(zhì)量很小。如果你拿一個回形針，把它切成一萬億塊，然后再把其中的一塊切成一萬億塊，最小的一塊的質(zhì)量大約和一個中子的質(zhì)量相同。

但是密歇根州立大學(xué)的合作團(tuán)隊擁有測量這種細(xì)微質(zhì)量差異所需的工具和專業(yè)知識。這些測量，再加上計算建模，使研究人員能夠跟蹤這些稍微粗壯的碳，并了解當(dāng)條件有利于光呼吸時，植物是如何在不同的代謝階段整合碳的。

傅教授說:“這項新技術(shù)能夠更好、更定量地了解植物的重要代謝途徑?！薄巴ㄟ^新的通量方法，我們已經(jīng)開始揭示代謝途徑的動態(tài)狀態(tài)，并將代謝作為一個整體系統(tǒng)來理解。”

沃克于2018年加入密歇根州立大學(xué)，他說:“我說我的實驗室可以在我的工作申請中做到這一點，但我不完全確定它會起作用?！笔聦嵣?，它確實起作用了，這是論文團(tuán)隊的功勞，該團(tuán)隊還包括研究生盧克·格雷戈里和研究助理教授肖恩·威斯。