Plants increase CO2 uptake by assimilating nitrogen via the photorespiratory pathway

光呼吸 光合作用 鲁比斯科 氮同化 植物 生物 化学 同化(音韵学) 氮气 语言学 哲学 有机化学
作者
Florian A. Busch,Rowan F. Sage,Graham D. Farquhar
出处
期刊:Nature plants [Nature Portfolio]
卷期号:4 (1): 46-54 被引量:228
标识
DOI:10.1038/s41477-017-0065-x
摘要

Photorespiration is a major bioengineering target for increasing crop yields as it is often considered a wasteful process. Photorespiratory metabolism is integrated into leaf metabolism and thus may have certain benefits. Here, we show that plants can increase their rate of photosynthetic CO2 uptake when assimilating nitrogen de novo via the photorespiratory pathway by fixing carbon as amino acids in addition to carbohydrates. Plants fed NO3- had higher rates of CO2 assimilation under photorespiratory than low-photorespiratory conditions, while plants lacking NO3- nutrition exhibited lower stimulation of CO2 uptake. We modified the widely used Farquhar, von Caemmerer and Berry photosynthesis model to include the carbon and electron requirements for nitrogen assimilation via the photorespiratory pathway. Our modified model improves predictions of photosynthetic CO2 uptake and of rates of photosynthetic electron transport. The results highlight how photorespiration can improve photosynthetic performance despite reducing the efficiency of Rubisco carboxylation.
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