Fotosynteesin tehokkuuden parantaminen keinona lisätä viljelykasvien tuottavuutta

Abstract

Fotosynteesi luo perustan maapallon elämälle, sillä se on ainoa merkittävä mekanismi, jolla eliökunta saa energiaa käyttöönsä. Se on biosynteesireaktiosarja, jossa fotoautotrofiset eliöt, kuten viljelykasvit, tuottavat vedestä ja ilmakehän hiilidioksidista kemiallista energiaa sekä happea valon avulla.

Maapallon väkiluvun kasvaessa ruoantuotannon on kasvettava. Koska maanviljelyyn käytettävän pinta-alan kasvattamisessa on paljon sosiaalisia, taloudellisia sekä ilmastonmuutoksen aiheuttamia haasteita, on viljelykasvien fotosynteesin tehostaminen potentiaalinen tapa kasvattaa viljelykasvien tuottoa vaatimatta niin valtavia yhteiskunnallisia muutoksia.

Fotosynteesi ei käytä kaikkea saatavilla olevaa valoa, ja ympäristön olosuhteet voivat heikentää prosessia entisestään. Synteettinen biologia tarjoaa kuitenkin mahdollisuuden muokata fotosynteesin reaktion komponentteja tehokkaammiksi tai kestävämmiksi, jolloin kasvi voisi hyödyntää saatavilla olevaa energiaa paremmin ja tuottaa enemmän satoa. Muokkauskohteita ovat muun muassa valoa keräävät rakenteet, kuten pigmentit, tai fotosynteettisen elektroninsiirtoketjun komponentit ja hiilensidontareaktioiden entsyymit. Muokkauksilla voidaan yrittää siis laajentaa kasvin absorboiman valon spektriä, parantaa yksittäisten entsyymien tehokkuutta, edistää hiilensidontaa tai vähentää kasvin alttiutta ympäristön stressitekijöille.

Suurin osa näistä tekniikoista on kuitenkin vielä varhaisessa tutkimusvaiheessa, eikä suurin osa ole osoittautunut eri lajeilla toimivaksi. Tämä johtuu suurilta osin siitä, että fotosynteesi on vain osa kasvin laajaa toisiinsa vaikuttavien metabolisten ja solunvälisten prosessien verkkoja, jotka voivat vaihdella huimasti eri lajien ja jopa lajikkeiden välillä. Fotosynteesiä tehostettaessa kasvi onkin otettava huomioon kokonaisuutena, jotta saadaan kehitettyä merkittäviä tekniikoita tuottavuuden lisäämiseksi.