大熱天中午，人困了打個盹很正常。但你大概不知道——地裡的水稻、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，約等於糧食「減產」。
該工作的時候，植物卻在睡大覺。相簿版權圖片，轉載使用可能引發版權糾紛
有沒有什麼辦法打斷午休，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》雜誌。要想給植物「提神」，先要理解它們為什麼「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：葉片裡的葉綠體是「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，等於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」。相簿版權圖片，轉載使用可能引發版權糾紛
那麼，面對強光照射，植物就這麼坐以待斃嗎？當然不。它們也有一些「防曬」老辦法。比如，把多餘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。
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於「智慧防曬開關」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，像搭積木一樣聚整合一層薄薄的「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。於是，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，並且產生更多的「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。（本人供圖，來自網路）經過四年在海南、北京、黑龍江等地的種植實驗，這批新水稻品種終於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。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，怎麼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誌性突破，因為這種「防曬機制」很可能在其他作物（比如小麥、玉米）裡也有效。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。作者丨江帆 科普作者
稽核丨陶寧 生物醫學領域 副研究員
策劃丨高佩雯
