Le foglie superiori dei raccolti assorbono molta più luce di quanta ne possano utilizzare, affamate foglie inferiori di luce. Gli scienziati hanno progettato piante con foglie verde chiaro con la speranza di consentire a più luce di penetrare nella chioma delle colture e di aumentare l'efficienza complessiva dell'uso della luce e la resa. Questa strategia è stata testata in un recente studio di modellizzazione che ha scoperto che le foglie con contenuto ridotto di clorofilla non migliorano effettivamente la fotosintesi a livello della chioma, ma invece, conservare una quantità significativa di azoto che l'impianto potrebbe essere in grado di reinvestire per migliorare l'efficienza dell'uso leggero e aumentare la resa.

"Le foglie in cima alla chioma sono davvero avide:assorbono molta luce e non trasmettono molta ai loro fratelli e sorelle sotto di loro, " ha detto Berkley Walker, un Alexander von Humboldt Postdoctoral Fellow presso l'Università di Düsseldorf, che ha condotto questo lavoro supportato da Realizzazione dell'efficienza fotosintetica aumentata (RIPE). "Le foglie in alto non sono molto efficienti con quell'energia luminosa, ma le foglie in basso sono molto efficienti. Così, se solo potessi prendere un po' di quella luce che viene bloccata in alto, e spostalo più in basso nel baldacchino, teoricamente, avresti una vela più efficiente."

Pubblicato in Fisiologia vegetale , i ricercatori hanno testato questa idea utilizzando una simulazione al computer che incorporava i dati di quasi 70 varietà di semi di soia con diversi livelli di clorofilla dalla banca del germoplasma del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti. Hanno scoperto che le piante con il 20% in meno di clorofilla richiedono teoricamente il 9% in meno di azoto senza penalizzare l'aumento di carbonio (biomassa) e la resa.

"La simulazione rivela che la complessa struttura interna delle foglie fa sì che la luce rimbalzi così tanto che la luce ha la stessa probabilità di salire e di scendere, ", ha affermato il vicedirettore del RIPE Don Ort, un fisiologo con l'unità di ricerca sulla fotosintesi USDA/ARS e il professore di biologia vegetale e scienze delle colture Robert Emerson presso il Carl R. Woese Institute for Genomic Biology presso l'Università dell'Illinois. "Quando diminuiamo la clorofilla, più luce si perde per riflessione, e non otteniamo tutti i vantaggi di portare la luce più in profondità nella chioma dove può essere assorbita."

Prossimo, stanno esplorando se questi risparmi di azoto potrebbero essere utilizzati per risolvere altri colli di bottiglia fotosintetici e altri modi per aumentare la penetrazione della luce nella chioma.

"Non è un caso chiuso su piante verde chiaro, ma la strategia sarà un po' più sfumata rispetto a mettere in campo piante con un contenuto di clorofilla inferiore, "Ha detto Walker. "Dobbiamo esplorare se il verde chiaro può essere combinato con i cambiamenti nell'architettura delle foglie o se possiamo riprogettare le foglie per renderle più sottili per ridurre la riflessione della luce e migliorare la trasmittanza".

Un altro lavoro finanziato da RIPE che ha modellato una diminuzione del contenuto di clorofilla nel riso ha scoperto che la riallocazione di questi risparmi di azoto potrebbe migliorare la fotosintesi della chioma e l'efficienza dell'uso dell'azoto del 30%. Secondo il collaboratore Xinguang Zhu dell'Accademia cinese delle scienze, "La manipolazione del contenuto di clorofilla fogliare è un'opzione entusiasmante per esplorare sia l'aumento dell'efficienza energetica che quella dell'uso della luce. Questo studio mostra che ottenere il beneficio desiderato richiede una comprensione più approfondita delle proprietà ottiche delle foglie e dei modelli di distribuzione dell'azoto tra le proteine ​​fotosintetiche in una foglia".