作为培育抗旱粮食作物和生物能源作物研究成果的一部分，美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）科学家揭示了能让某些植物在半干旱条件下保存水分以维持生长的遗传和代谢机制。
龙舌兰等生长在半干旱地区少雨条件的植物，经过长期适应和进化，发展出一种特殊形式的光合作用——景天酸代谢（CAM）。与生存在多降水环境的植物不同，景天酸代谢植物夜间通过叶片气孔吸收储存二氧化碳，此时水分不易蒸发；日间则关闭气孔，减少水分流失，并利用阳光将二氧化碳转化为能量。ORNL科学家正在研究这一独特的新陈代谢方式，希望将CAM植物节水特性引入生物能源作物及粮食作物中。该团队对龙舌兰的最新研究成果已发表在学术期刊《自然·植物》（Nature Plants）中。
CAM光合作用作物最早发现于20世纪50年代，一直为学界所关注。当今农业生产需求推动了对CAM植物复杂机制的全面研究，科学家将其视为干旱条件下保证粮食及生物能源作物产量的可能方法。为全面了解CAM体系，研究团队使用ORNL大型光谱测定仪来比较龙舌兰和对照植物拟南芥（依靠普通光合作用）的分子特性。研究表明，日间和夜间，龙舌兰和拟南芥的气孔活动迥异。研究还确定了控制CAM植物打开和关闭气孔的遗传及代谢机制。
该研究成果为CAM生物设计提出了新思路。未来将进一步研究控制CAM的分子时钟，只有了解了调控CAM的信号发出时间，才能将类似的CAM机制引入水稻、玉米、白杨和柳枝稷等作物中，推动生物能源作物在边远地区的种植，缓解能源作物与粮食作物的竞争。
（编译 徐倩）
