De översta bladen av grödor absorberar mycket mer ljus än de kan använda, svältande lägre löv av ljus. Forskare designade växter med ljusgröna blad med förhoppningar om att tillåta mer ljus att penetrera grödan och öka den totala ljusanvändningens effektivitet och avkastning. Denna strategi testades i en ny modellstudie som fann att löv med minskat klorofyllinnehåll faktiskt inte förbättrar fotosyntesen på baldakinnivå, men istället, bevara en betydande mängd kväve som växten skulle kunna återinvestera för att förbättra ljusanvändningseffektiviteten och öka avkastningen.

"Löv uppe på toppen av baldakinen är verkligen giriga - de absorberar mycket ljus och släpper inte mycket ner till sina bröder och systrar under dem, sa Berkley Walker, en Alexander von Humboldt postdoktor vid universitetet i Düsseldorf, som ledde detta arbete med stöd av Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE). "Löv uppe på toppen är inte särskilt effektiva med den ljusenergin, men bladen i botten är väldigt effektiva. Så, om du bara kunde ta lite av det där ljuset som slocknade på toppen, och flytta ner den djupare in i baldakinen, teoretiskt sett, du skulle ha en effektivare baldakin."

Publicerad i Växtfysiologi , forskare testade denna idé med hjälp av en datorsimulering som inkluderade data från nästan 70 sorter av sojabönor med olika nivåer av klorofyll från U.S. Department of Agricultures bakterieplasmabank. De fann att växter med 20 procent mindre klorofyll teoretiskt kräver 9 procent mindre kväve utan att det påverkar kolvinst (biomassa) och avkastning.

"Simuleringen avslöjar att den komplexa inre strukturen hos löv får ljuset att studsa runt så mycket att ljuset har samma sannolikhet att gå upp som det gör att gå ner, " sa RIPE biträdande direktör Don Ort, en fysiolog vid USDA/ARS Photosynthesis Research Unit och Robert Emerson professor i växtbiologi och växtvetenskap vid Carl R. Woese Institute for Genomic Biology vid University of Illinois. "När vi minskar klorofyll, mer ljus går förlorat till reflektion, och vi får inte full nytta av att få ljus djupare in i baldakinen där det kan absorberas."

Nästa, de undersöker om dessa kvävebesparingar skulle kunna användas för att åtgärda andra fotosyntetiska flaskhalsar samt andra sätt att öka ljusgenomträngningen i baldakinen.

"Det är inte stängt på ljusgröna växter, men strategin kommer att vara lite mer nyanserad än att bara sätta ut växter med lägre klorofyllhalt, ", sade Walker. "Vi måste undersöka om ljusgrönt kan kombineras med förändringar i bladarkitekturen eller om vi kan omkonstruera löv så att de blir tunnare för att minska ljusreflektansen och förbättra transmittansen."

Annat RIPE-finansierat arbete som modellerade en minskning av klorofyllinnehållet i ris fann att omfördelning av dessa kvävebesparingar kunde förbättra fotosyntesen i krontaket och effektiviteten av kväveanvändningen med 30 procent. Enligt samarbetspartner Xinguang Zhu från den kinesiska vetenskapsakademin, "Manipulation av bladklorofyllinnehåll är ett spännande alternativ för att utforska både ökad energi- och ljusanvändningseffektivitet. Denna studie visar att för att få önskad nytta krävs en mer grundlig förståelse av bladens optiska egenskaper och kvävefördelningsmönster bland fotosyntetiska proteiner i ett blad."