摘要：

• 在雜志上發表的一篇新論文中，密歇根州立大學的研究人員表示，大氣中碳的增加可能會影響植物產生蛋白質和其他營養物質的方式。
  

• 研究發現，導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含量的最終影響，但研究人員已經引入了一種新方法來探測變化環境下的植物代謝。

密歇根州東蘭辛密歇根州立大學研究人員的一項新研究強調，隨著更多的碳進入我們的大氣，關于植物的功能以及它們的營養價值，我們還有很多東西要學習。

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，氣候變化和營養之間存在聯系，”植物生物系助理教授伯克利·沃克(Berkley Walker)說，他的研究團隊撰寫了這份新報告。“這是我們一開始不知道會調查的事情。”

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生產等其他功能產生影響。

“植物喜歡二氧化碳。如果你給它們更多的水，它們就會生產更多的食物，它們就會長得更大，”沃克說，他在自然科學學院和密歇根州立大學能源植物研究實驗室工作。“但如果你得到的是一種更大、蛋白質含量更低的植物呢?實際上，它的營養價值會更低。”

現在確定植物是否面臨低蛋白質的未來還為時過早。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——蛋白質的組成部分。

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

“我們對植物在波動環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，并最終設計出更高效和更有營養的植物”。

如果一開始植物沒有成功，就會產生光呼吸作用  

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，將這些成分轉化為糖和氧氣。

但有時這個過程一開始就不太順利。負責收集二氧化碳的酶可以抓住氧分子。

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

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，蛋白質的前體。

“所以光呼吸不僅僅是循環，它可能是升級循環，”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，其代謝產物的命運就是其中之一。

代謝偵查  

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

現在，密歇根州立大學的研究人員已經證明，情況并非總是如此。特別是，他們已經證明了氨基酸甘氨酸和絲氨酸能夠逃脫這個閉環的限制。

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

不過，就目前而言，他和他的團隊對他們的發現感到興奮，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，最小的一塊的質量大約和一個中子的質量相同。

但是密歇根州立大學的合作團隊擁有測量這種細微質量差異所需的工具和專業知識。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:“這項新技術能夠更好、更定量地了解植物的重要代謝途徑。”“通過新的通量方法，我們已經開始揭示代謝途徑的動態狀態，并將代謝作為一個整體系統來理解。”

沃克于2018年加入密歇根州立大學，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。”事實上，它確實起作用了，這是論文團隊的功勞，該團隊還包括研究生盧克·格雷戈里和研究助理教授肖恩·威斯。