光合作用在現(xiàn)代及未來社會中的重大戰(zhàn)略性支撐作用

提高光合作用效率在未來提高糧食產(chǎn)量中將起到關(guān)鍵作用

與以往相比，光合作用改造或者改良將在解決未來糧食、能源及維持可持續(xù)性的生態(tài)環(huán)境中將起到更重要的關(guān)鍵性作用。近?50?年來，在矮化育種、雜交育種、分子標(biāo)記輔助育種等技術(shù)的支持下，作物產(chǎn)量得到大幅度提高；因此，盡管世界人口從?1960?年的?30?億增長到?2018?年的?75?億，增加了近?1.5?倍，但是全球糧食安全沒有受到重大威脅。近些年來，亞洲、非洲、拉丁美洲等地人口持續(xù)以近或高于?1%?的年增長率高速增加，然而糧食產(chǎn)量年增加幅度逐年變緩，糧食安全隱患逐步浮現(xiàn)出來。從現(xiàn)在到?2050?年，多種預(yù)測都表明，糧食產(chǎn)量需要增長?0.85?倍才能保障如今的人均糧食消耗。在作物收獲指數(shù)從當(dāng)前近于或者大于?0.5?的情況下，大幅度提高收獲指數(shù)已無可能；另外，隨著城市化進程，大幅度提高農(nóng)用耕種面積可能性也消失的情況下，進一步提高光能利用效率成為未來大幅度提高作物產(chǎn)量潛力的重要甚至是唯一可行的途徑。值得一提的是，盡管提高作物抗逆性同樣是提高光能利用效率的重要手段；但是，大量研究表明，提高光能利用效率可以同時實現(xiàn)在逆境下的作物產(chǎn)量。

基于光合作用的生物能源將成為未來重要替代能源形式

在能源供給方面，隨著地球上不可再生的化石能源的耗竭，人類目前也同樣面臨尋求新的替代能源的緊迫任務(wù)。基于光合作用的生物能源與核能、風(fēng)能、太陽能等都成為未來能源的重要選項。與其他替代能源形式相比，基于光合作用的生物能源具有高效率、維護容易、低能耗維持高效運行、可存儲、安全性高、不產(chǎn)生溫室效應(yīng)氣體等諸多優(yōu)點。進一步講，基于藻類的生物質(zhì)能源生產(chǎn)，也因為其可以不占用農(nóng)田耕地、光能轉(zhuǎn)化為生物能的產(chǎn)率高等優(yōu)點，在替代能源中起到越來越重要的作用。美國建立了?4?個生物能源研究基地，包括大湖區(qū)生物能源研究中心、生物能源創(chuàng)新中心、聯(lián)合生物學(xué)能源研究所、先進生物能源及生物產(chǎn)品創(chuàng)新研究中心。美國的《可再生燃料標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，到?2022?年，每年燃料供應(yīng)中混合生物燃料的供應(yīng)量將達(dá)到?360?億加侖^③；巴西《國家能源計劃 2030》規(guī)劃到?2030?年，生物乙醇和生物柴油的年產(chǎn)量分別達(dá)到?660?億加侖和?185?億加侖。美國提出的《2015—2020?戰(zhàn)略研究報告》計劃到?2050?年，將生物質(zhì)能源在整個能源消耗中占據(jù)?25%—33%。

提高光能利用效率是創(chuàng)建綠色、高效農(nóng)業(yè)，創(chuàng)建未來生態(tài)文明的關(guān)鍵一環(huán)

光合效率的改良和優(yōu)化是未來創(chuàng)建生態(tài)文明、維護未來可持續(xù)生態(tài)環(huán)境的重要途徑。當(dāng)前，由于化肥的過度使用，土地、河流富營養(yǎng)化已經(jīng)成為我國重大環(huán)境問題。到?20?世紀(jì)?90?年代，我國湖泊富營養(yǎng)化比例已經(jīng)高達(dá)?77%。提高光能利用效率，創(chuàng)建高產(chǎn)、高效作（植）物，減少化肥使用量，是未來創(chuàng)制綠色、可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵所在，也是構(gòu)建國家生態(tài)文明的重要一環(huán)。進一步講，當(dāng)前全球氣候變化中最重要的兩個因子，即大氣?CO₂濃度增加及溫度升高，都是影響光合作用的主要因子。如何改造、優(yōu)化當(dāng)前光合作用系統(tǒng)，使之在全球氣候變化下仍保持最佳光能轉(zhuǎn)化效率也是當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的重大問題。