光合作用是几乎所有食物链的起点，维持着地球上大多数生命。那么，如果你认为大自然已经完善了将阳光变成糖的艺术，那就情有可原了。但这并不完全正确。如果你在为人生目标而奋斗，那么你可能会知道，即使是植物也没有充分发挥它们的潜力。
每一种进化的特征都是在它所提供的好处和它所消耗的能量之间的权衡。我们作为食物而驯化的植物，其将阳光转化为糖分的能力，与它们生存和繁殖所需的能力一样强。从给定的阳光中，大多数植物将不到5%的光能转化为生物质，在某些条件下，这一比例不到1%。
我们现在有了知识和工具，可以在一系列粮食作物中最大限度地发挥光合作用，但科学家们不仅仅是出于好奇而研究我们如何帮助植物更好地进行光合作用。气候变化导致的干旱和洪水等天气正在摧毁农作物，威胁着世界各地的作物产量。这项研究是为了确保我们能够种植足够的食物来养活自己。
像小麦这样的植物有时会错误地产生一种叫做2-磷酸乙醇酸的有毒物质，这种物质必须在植物内部循环利用，从而消耗能量。科学家称之为光呼吸。当一种对光合作用至关重要的酶rubisco错误地附着在氧分子而不是二氧化碳上时，就会发生这种情况。
Rubisco犯这个错误的几率高达40%。这是因为现在大气中的氧气比过去多得多，这些氧气是由最早的光合作用者——蓝藻——一种在水中发现的微生物释放出来的。气温上升也会导致更多的光呼吸。
如果我们能防止这种错误，就会给植物留下更多的能量进行光合作用。
我们的研究项目，PhotoBoost，正在研究如何创造一种内部旁路，以减少水稻和土豆这两种世界上最重要的作物的光呼吸作用。
就像冠状动脉旁路手术将血液转移到人类狭窄或堵塞的动脉周围一样，光呼吸旁路手术为植物提供了减少rubisco错误所需的遗传工具。蓝藻的基因使这种和其他光合作用的改善成为可能，因为它们拥有一系列的酶，可以更好地管理阳光。
其他研究人员正在寻找像玉米这样的植物，它们已经进化出了自己的处理光呼吸的方法，作为水稻的灵感和基因的来源。
我们还提高了植物对光照强度变化的反应速度，因为这也会影响光合作用。如果植物获得过多的阳光(当光线更强烈时)，它们就会关闭光合作用机制，之后当天气再次变冷时，比如当云层翻滚时，它们就会缓慢地重新开始光合作用。
美国的一个研究小组最近表明，加快大豆的光保护过程可以使种子产量增加33%。
在PhotoBoost上，我们与世界各地的研究人员、农学家和农民交谈，了解如何将社会需求与植物科学的新前沿相匹配。兰开斯特大学的同事elizabeth Carmo-Silva和Ana Moreira Lobo表示:“气候变化、产量下降和水资源紧张是本世纪粮食生产面临的主要挑战。”
他们的团队研究了植物对光和温度的反应，特别关注rubisco酶。提高产量可能是改善光合作用最明显的收获，但它也将有助于使植物更能适应干旱和高温压力。
基因编辑是农作物育种家的新工具，它允许科学家打开和关闭基因，测试它们对植物性能的影响。一旦我们知道了它们的功能，这些基因就可以被抑制、促进，或者像20世纪90年代以来在商业作物中所做的那样，通过基因改造引入。
在葡萄牙新里斯本大学，Nelson Saibo和Isabel Abreu告诉我们，如今植物育种者拥有的工具是更多的“精细调谐器”。他们的团队正在使用基因编辑来改善水稻的光合作用。
我们最近采访的英格兰东部种植马铃薯的农民认为，提高光合作用效率是释放土地给大自然的一条途径——例如，在古老的森林遗址上种植树木或恢复沼泽地的泥炭地——因为效率更高的植物意味着你需要更少的植物来获得同样的作物产量。他们主要担心的是，英国主要零售商是否愿意支持转基因作物。
除了Photoboost，欧盟还通过Gain4crops(向日葵)和Capitalise(番茄、玉米和大麦)项目资助其他光合作用项目。改善光合作用并不是解决我们面临的许多农业问题的灵丹妙药。但是结合知识和新工具将帮助我们最大限度地利用光。
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