庞大的绿色计划

前苏联植物生理学家季米里亚捷夫说：“您给一个最高级厨师以足够的新鲜空气，足够太阳光和清洁的水，请厨师用这些东西为您制造糖、淀粉和粮食，他将认为您在和他开玩笑。的确，这显然是空想家的念头，但是植物的叶片却完全能做到。”

光合作用与人类所面临的食物、能源、资源和环境问题有着密切的关系。光合作用每年同化碳素 2×10¹¹ 吨，相当于四五千亿吨有机物质，它为人类、动物及微生物的生命活动提供粮食、氧气和能量。人类使用的能源。如煤炭、天然气等，也都是植物通过光合作用形成的。它是地球上唯一可大规模利用太阳能，把水和二氧化碳等无机物合成有机物，并释放氧气的独特过程。没有光合作用，无法想象人类将如何生存。

光合作用与基因工程有什么关系呢？对叶绿体某些基因进行定位，分析其结构和功能，可以从分子水平研究光合作用的各个过程的调节控制基理。虽然目前还不能完全实现绿色计划，即实现粮食工厂化生产，但是对于提高产量却提供了可靠的保证。光合基因工程已经实现了绿色计划的一部分。

到目前为止，已经在三个方面开展了工作： 一是 RuBisCO 的改良。

植物基因操作的目标之一是研究 RuBisCO 酶。因为要提高光合效率，必须对这个“立场不坚定”的酶进行改造，使它的反应平衡砝码，偏向于对二氧化碳的固定，减少呼吸的浪费。近期的主攻方向是增强 RuBisCO 对二氧化碳的亲和力，使它无论在二氧化碳占优势或是氧占优势的条件下，都能固定二氧化碳，消除或减低光呼吸这一竞争性反应。

二是 C3 植物向 C4 植物的转化。

这是叶绿体遗传工程的一个目标。因为 C4 植物有光呼吸低、光合效率高的优点，有人设想将部分 C3 型叶绿体转化为 C4 型。

这里采用的一种方法是将 RuBisCO 的大亚基基因除去或灭活，或者干脆把叶绿体里面全部的基因除去，引入这种基因改造过的染色体，同时增加导致 C4 固定的酶活性。即使 C3 型叶绿体与 C4 型叶绿体共存于一个细胞内。

三是对光调节基因的改造。

光控制着叶绿体发育和光合作用的许多基因，在各种激活基因手段中， 光是最快捷的，它掌握着某些开关维系光合作用各个过程的联系。改造这些基因可提高光合作用的效率。

光合遗传工程已成为光合作用研究中的热门课题。一旦有一天人们掌握了光合作用的全部知识，粮食的“工厂化”生产就可能成为现实。