De bovenste bladeren van gewassen absorberen veel meer licht dan ze kunnen gebruiken, hongerige onderste bladeren van licht. Wetenschappers ontwierpen planten met lichtgroene bladeren in de hoop meer licht door het bladerdak te laten dringen en de algehele efficiëntie en opbrengst van het lichtgebruik te verhogen. Deze strategie werd getest in een recente modelstudie waaruit bleek dat bladeren met een verminderd chlorofylgehalte de fotosynthese op bladerdak niet echt verbeteren. maar in plaats daarvan, bespaar een aanzienlijke hoeveelheid stikstof die de plant mogelijk opnieuw kan investeren om de efficiëntie van lichtgebruik te verbeteren en de opbrengst te verhogen.

"Bladeren aan de bovenkant van het bladerdak zijn echt hebzuchtig - ze absorberen veel licht en laten niet veel door aan hun broers en zussen onder hen, " zei Berkley Walker, een Alexander von Humboldt Postdoctoral Fellow aan de Universiteit van Düsseldorf, die dit werk leidde, ondersteund door Realizing Verhoogde Photosynthetic Efficiency (RIPE). "Bladeren aan de top zijn niet erg efficiënt met die lichtenergie, maar de bladeren aan de onderkant zijn zeer efficiënt. Dus, als je gewoon wat van dat licht zou kunnen nemen dat aan de bovenkant wordt opgehoopt, en verplaats het dieper in het bladerdak, theoretisch, je zou een efficiëntere overkapping hebben."

Gepubliceerd in Plantenfysiologie , onderzoekers testten dit idee met behulp van een computersimulatie met gegevens van bijna 70 soorten sojabonen met verschillende niveaus van chlorofyl van de kiemplasmabank van het Amerikaanse ministerie van landbouw. Ze ontdekten dat planten met 20 procent minder chlorofyl in theorie 9 procent minder stikstof nodig hebben, zonder nadelige gevolgen voor koolstofwinst (biomassa) en opbrengst.

"De simulatie laat zien dat de complexe binnenstructuur van bladeren ervoor zorgt dat het licht zoveel rondkaatst dat het licht dezelfde kans heeft om omhoog te gaan als naar beneden, " zei RIPE adjunct-directeur Don Ort, een fysioloog bij de USDA/ARS Photosynthesis Research Unit en de Robert Emerson Professor of Plant Biology and Crop Sciences aan het Carl R. Woese Institute for Genomic Biology aan de Universiteit van Illinois. "Als we chlorofyl verminderen, er gaat meer licht verloren door reflectie, en we krijgen niet de volledige voordelen van het dieper in het bladerdak krijgen van licht waar het kan worden geabsorbeerd."

Volgende, ze onderzoeken of deze stikstofbesparingen kunnen worden gebruikt om andere fotosynthetische knelpunten op te lossen, evenals andere manieren om de lichtpenetratie in het bladerdak te vergroten.

"Het is niet gesloten op lichtgroene planten, maar de strategie zal iets genuanceerder zijn dan alleen planten te plaatsen met een lager chlorofylgehalte, " zei Walker. "We moeten onderzoeken of lichtgroen kan worden gecombineerd met veranderingen in de bladarchitectuur of dat we de bladeren dunner kunnen maken om de lichtreflectie te verminderen en de doorlaatbaarheid te verbeteren."

Ander door RIPE gefinancierd werk dat een afname van het chlorofylgehalte in rijst modelleerde, ontdekte dat het opnieuw toewijzen van deze stikstofbesparingen de fotosynthese van het bladerdak en de efficiëntie van het stikstofgebruik met 30 procent zou kunnen verbeteren. Volgens medewerker Xinguang Zhu van de Chinese Academie van Wetenschappen, "Manipulatie van bladchlorofylgehalte is een opwindende optie om zowel verhoogde energie- als lichtgebruiksefficiëntie te onderzoeken. Deze studie toont aan dat het verkrijgen van het gewenste voordeel een grondiger begrip vereist van de optische eigenschappen van bladeren en stikstofverdelingspatronen tussen fotosynthetische eiwitten in een blad."