CAM模式在叶片代谢模型中提供了特定于环境的节水效益

在光合作用过程中，植物从环境中吸收二氧化碳，并在阳光的帮助下将其转化为能量丰富的糖。通过打开和关闭叶片上称为气孔的小孔来调节CO2的吸收。但是，当气孔开放时，水分会通过蒸腾作用从植物中流失。因此，必须在水分流失和二氧化碳吸收之间取得平衡。在C3光合作用中，气孔在有阳光的白天开放。这在能量上是有效的，但是在白天温度高和湿度低的环境中会导致大量的水分流失。作为替代方案，一些植物可以进行Crassulacean酸代谢(CAM)光合作用，在这种植物中，它们的气孔张开并在温度较低和湿度较高的夜晚临时固定二氧化碳。然后，他们释放固定的CO2，并在白天将其固定以进行糖合成，同时保持气孔闭合。CAM光合作用节水但效率较低。

为了回答在C3作物通常遇到的环境中完全CAM还是替代节水模式会提高生产力的问题，研究人员将叶片代谢的昼夜模型与气体交换模型结合在一起，并进行了广泛的模拟环境。他们的结果最近发表在《植物细胞》杂志上。

独立研究小组负责人NadineTöpfer博士说：“我们发现，通过运行部分CAM循环，该工厂可以节省50%以上的水，同时在温带气候下保持其80%的最高生产率。” IPK的“代谢系统互动”。

此外，该模型还确定了一个替代的CAM循环，该循环涉及线粒体酶异柠檬酸脱氢酶(ICDH)作为夜间初始碳固定的潜在因素。NadineTöpfer博士说：“在所测试的条件下，ICDH固碳的额外节水效果可达到总节水的11%”。“我们还发现，叶片液泡中的CO2储存能力对CAM的程度有重大影响，因此需要增加以在C3作物中建立CAM循环。”

总之，该研究证明了在广泛的环境条件下将CAM样代谢引入C3植物中的节水潜力，并提出了针对环境的工程目标，以提高抗旱性。NadineTöpfer博士在牛津大学Lee Sweetlove教授小组的Marie-Curie博士后任职期间就开始了这项工作，并在IPK上完成了这项工作。他说：“建模是探索复杂系统的强大工具，它提供了可以指导实验室和野外工作。我相信我们的结果将为旨在将CAM植物的节水性状转化为其他物种的研究人员提供鼓励和想法。”