光合作用在現代及未來社會中的重大戰略性支撐作用

提高光合作用效率在未來提高糧食產量中將起到關鍵作用

與以往相比，光合作用改造或者改良將在解決未來糧食、能源及維持可持續性的生態環境中將起到更重要的關鍵性作用。近?50?年來，在矮化育種、雜交育種、分子標記輔助育種等技術的支持下，作物產量得到大幅度提高；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以近或高于?1%?的年增長率高速增加，然而糧食產量年增加幅度逐年變緩，糧食安全隱患逐步浮現出來。從現在到?2050?年，多種預測都表明，糧食產量需要增長?0.85?倍才能保障如今的人均糧食消耗。在作物收獲指數從當前近于或者大于?0.5?的情況下，大幅度提高收獲指數已無可能；另外，隨著城市化進程，大幅度提高農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在逆境下的作物產量。

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。基于光合作用的生物能源與核能、風能、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、不產生溫室效應氣體等諸多優點。進一步講，基于藻類的生物質能源生產，也因為其可以不占用農田耕地、光能轉化為生物能的產率高等優點，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，包括大湖區生物能源研究中心、生物能源創新中心、聯合生物學能源研究所、先進生物能源及生物產品創新研究中心。美國的《可再生燃料標準》規定，到?2022?年，每年燃料供應中混合生物燃料的供應量將達到?360?億加侖^③；巴西《國家能源計劃 2030》規劃到?2030?年，生物乙醇和生物柴油的年產量分別達到?660?億加侖和?185?億加侖。美國提出的《2015—2020?戰略研究報告》計劃到?2050?年，將生物質能源在整個能源消耗中占據?25%—33%。

提高光能利用效率是創建綠色、高效農業，創建未來生態文明的關鍵一環

光合效率的改良和優化是未來創建生態文明、維護未來可持續生態環境的重要途徑。當前，由于化肥的過度使用，土地、河流富營養化已經成為我國重大環境問題。到?20?世紀?90?年代，我國湖泊富營養化比例已經高達?77%。提高光能利用效率，創建高產、高效作（植）物，減少化肥使用量，是未來創制綠色、可持續農業發展的關鍵所在，也是構建國家生態文明的重要一環。進一步講，當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、優化當前光合作用系統，使之在全球氣候變化下仍保持最佳光能轉化效率也是當前農業生產中亟待解決的重大問題。