首創植物固碳技術,阿拉伯芥生長量增2-3倍
中研院院長廖俊智指出,植物透過光合作用吸收大量碳,但光合作用進行的同時,也會釋放二氧化碳,稱為「光呼吸作用」,此外,植物在合成脂質過程中也會排碳。固碳效率降低,在「三碳(C3)植物」中尤為明顯,而自然界中約85%植物屬於此類。
自然界演化出「四碳(C4)植物」(如玉米、甘蔗)與「CAM 植物」(如仙人掌、鳳梨)來突破限制。此次中研院團隊則創造出全新機制,將三碳植物轉化為「合成二碳植物」,結果顯示固碳效率提升50%,生長速度明顯加快,並能大量產出油脂,整體產量增加2至3倍,成果遠超預期。
為突破光呼吸與合成脂質的排碳瓶頸,研究團隊設計人工固碳「McG 循環」,並先在細菌與光合菌中測試成功。隨後將其導入植物,以阿拉伯芥進行實驗,與既有的「卡爾文循環」協同運作,建構出嶄新的「雙固碳系統」,成為自然界未曾演化出的新型固碳系統。
農生中心助研究員呂冠箴,負責幾乎所有實驗的執行及數據分析。圖片來源:鍾依靜攝。
廖俊智強調,此項研究成果是基礎科學的重大突破,但要邁向實際應用,尚有多項難題待克服,包括性狀的穩定性、對環境的影響、如何以基因編輯取代基因轉殖技術,以及如何將此成功經驗複製到經濟作物上等,無法立即解決全球碳排放與糧食安全的挑戰。
維持性狀穩定性是一大挑戰
農生中心助理研究員呂冠箴接受《環境資訊中心》採訪時表示,光是控制阿拉伯芥的六種基因,並確保性狀穩定,就是一項艱鉅挑戰。她指出,經過基因轉殖技術的植株,性狀可能在後代中消失,因此穩定性格外重要。
若後續研發順利,葉片與種子中的油脂未來或可成為永續航空燃油,甚至其他化學品的潛在原料來源,而增量的種子將有助於解決糧食問題。
以阿拉伯芥進行實驗。圖片來源:中研院提供
中研院研究團隊。圖片來源:鍾依靜攝。
參考資料
Dual-cycle CO2 fixation enhances growth and lipid synthesis in Arabidopsis thaliana DOI: 10.1126/science.adp3528
※ 本文授權轉載自環境資訊中心,原文見此。