2021年7月29日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心朱新广研究团队通过整合近半个多世纪来关于C₃光合作用、氮同化及呼吸代谢的研究成果，在国际上构建了首个C₃光合初等代谢动力学系统模型，解析了大气CO₂浓度升高抑制C₃植物光合作用氮同化能力的潜在代谢机制。相关研究成果论文“Potential Metabolic Mechanisms for Inhibited Chloroplast Nitrogen Assimilation under High CO2”在线发表于国际学术期刊Plant Physiology。

自工业革命以来，全球大气CO₂浓度不断升高。大气 CO₂ 浓度的增加通常会促进C₃作物的光合作用和作物产量。但大量的观测同时还发现，CO₂浓度升高抑制了C₃植物的光合作用氮同化过程、降低了主要 C₃谷类作物的蛋白质含量。这不仅降低了作物的氮素利用效率，也限制了高CO₂浓度对作物生长的促进效应，还对人类的营养健康产生严重威胁。因此，阐明在大气CO₂升高的背景下植物初等代谢的响应机制对于应对全球气候变化、保障粮食安全及营养安全意义重大。

植物体内光合作用与氮同化之间存在紧密互作关系。光合作用需要蛋白质，其中有机氮是通过氮同化获得；光合作用则为氮同化提供了碳骨架（α-酮戊二酸）、能量（ATP）和还原力（NAD(P)H）。在植物叶片中，光合作用、氮同化及呼吸作用相互影响，共同形成一个复杂的初等代谢网络系统。至今，虽然有大量植物对高CO₂的响应研究，但是大气CO₂浓度升高抑制氮同化进而导致C₃禾本科植物蛋白质含量下降的代谢机制仍然不明确。

在本研究中，朱新广团队构建了全球首个关于C₃光合初等碳氮代谢的动力学机理模型。该模型涵盖了卡尔文-本森循环、光呼吸途径、淀粉合成、糖酵解-糖异生、三羧酸循环和光合氮同化等代谢途径；该模型能够准确模拟不同光照强度和CO₂浓度条件下的光合速率、线粒体呼吸速率和光合氮同化速率。