2021年7月29日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心朱新廣研究團隊通過整合近半個多世紀來關于C₃光合作用、氮同化及呼吸代謝的研究成果，在國際上構建了首個C₃光合初等代謝動力學系統模型，解析了大氣CO₂濃度升高抑制C₃植物光合作用氮同化能力的潛在代謝機制。相關研究成果論文“Potential Metabolic Mechanisms for Inhibited Chloroplast Nitrogen Assimilation under High CO2”在線發表于國際學術期刊Plant Physiology。

自工業革命以來，全球大氣CO₂濃度不斷升高。大氣 CO₂ 濃度的增加通常會促進C₃作物的光合作用和作物產量。但大量的觀測同時還發現，CO₂濃度升高抑制了C₃植物的光合作用氮同化過程、降低了主要 C₃谷類作物的蛋白質含量。這不僅降低了作物的氮素利用效率，也限制了高CO₂濃度對作物生長的促進效應，還對人類的營養健康產生嚴重威脅。因此，闡明在大氣CO₂升高的背景下植物初等代謝的響應機制對于應對全球氣候變化、保障糧食安全及營養安全意義重大。

植物體內光合作用與氮同化之間存在緊密互作關系。光合作用需要蛋白質，其中有機氮是通過氮同化獲得；光合作用則為氮同化提供了碳骨架（α-酮戊二酸）、能量（ATP）和還原力（NAD(P)H）。在植物葉片中，光合作用、氮同化及呼吸作用相互影響，共同形成一個復雜的初等代謝網絡系統。至今，雖然有大量植物對高CO₂的響應研究，但是大氣CO₂濃度升高抑制氮同化進而導致C₃禾本科植物蛋白質含量下降的代謝機制仍然不明確。

在本研究中，朱新廣團隊構建了全球首個關于C₃光合初等碳氮代謝的動力學機理模型。該模型涵蓋了卡爾文-本森循環、光呼吸途徑、淀粉合成、糖酵解-糖異生、三羧酸循環和光合氮同化等代謝途徑；該模型能夠準確模擬不同光照強度和CO₂濃度條件下的光合速率、線粒體呼吸速率和光合氮同化速率。