我國(guó)科學(xué)家揭秘硅藻為啥善捕光 具有高效捕獲和利用光能的獨(dú)特結(jié)構(gòu)

本報(bào)北京2月14日電  （記者吳月輝）被稱為自然界“奇葩”光合物種的硅藻為什么特別擅長(zhǎng)“捕光”？日前，中國(guó)科學(xué)院植物研究所沈建仁和匡廷云研究團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)最新研究發(fā)現(xiàn)揭示出了硅藻的“秘密”——它有高效地捕獲和利用光能的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》以長(zhǎng)文形式在線發(fā)表了這一成果。基于該研究，科學(xué)家未來(lái)有望設(shè)計(jì)出可以高效“捕光”的新型作物。

光合作用是地球上規(guī)模最大、最為重要的化學(xué)反應(yīng)。光合生物重新塑造了地球表面和大氣層成分，也演化出了千姿百態(tài)的生命形態(tài)。其中，最為人所熟悉的就是陸地上各種各樣的綠色植物。

對(duì)于綠色植物而言，光合作用主要吸收的是紅光和藍(lán)紫光，該現(xiàn)象與綠色植物吸收光的基本單位有關(guān)。綠光波段的能量基本沒(méi)有被綠色植物所利用，這也是它們呈現(xiàn)綠色的主要原因。但是，自然界中并非沒(méi)有能利用綠光的光合生物。海洋藻類(lèi)擁有色彩斑斕的捕光蛋白，比如藍(lán)藻的藻藍(lán)蛋白、紅藻的藻紅蛋白、硅藻的巖藻黃素—葉綠素蛋白等，可以幫助海藻在不同的海水深度利用不同的太陽(yáng)光能。其中，海洋赤潮的主要“肇事者”硅藻可謂是最“成功”的光合生物之一，其分布范圍廣，吸收二氧化碳的能力約占全球生態(tài)系統(tǒng)的1/5，比熱帶雨林的貢獻(xiàn)還高。

此前研究表明，硅藻特有的捕光天線蛋白具有出色的藍(lán)綠光捕獲能力和極強(qiáng)的光保護(hù)能力。然而，硅藻光合膜蛋白的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期沒(méi)有得到解析，極大限制了硅藻光合作用的研究。這次，科研人員解析了硅藻的主要捕光天線蛋白高分辨率結(jié)構(gòu)，這是硅藻的首個(gè)光合膜蛋白結(jié)構(gòu)解析研究工作，為研究硅藻的光能捕獲、利用和光保護(hù)機(jī)制提供了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。基于該成果，科學(xué)家有望設(shè)計(jì)出能夠利用綠光波段、具有高效捕光和光保護(hù)能力的新型作物，也可為現(xiàn)代化智能植物工廠的發(fā)展提供新方向。

《 人民日?qǐng)?bào) 》（ 2019年02月15日 12 版）