我国科学家突破植物光合作用研究 高光效农业技术取得重大进展

光合作用是地球上规模最大的物质转换和能量转换过程,其高效利用对农业生产和国家粮食安全具有重要意义。

然而,长期以来,绿色植物对太阳光的利用存在明显不足。

太阳光谱中包含可见光、远红光等多个波段,传统农作物主要利用可见光进行光合作用,对远红光基本无法利用,导致光能利用率相对较低。

这一科学难题长期困扰着农业领域的研究者。

秦晓春院长正是在这一科学问题的驱动下,确立了自己的研究方向。

她致力于解析具有吸收光能并将光能进行转化的蛋白质机器的结构、功能和工作机理。

其核心思想是,如果能够将作物的捕光范围拓展至远红光区域,就可以显著提升光能利用率,进而增加农作物产量。

这一设想既具有理论价值,又具有实际应用前景。

为了将这一设想付诸实践,秦晓春团队于2016年启动了一项系统的科研攻关。

团队采取了科学的筛选策略,从能够生长在林下的植物中寻找具有远红光吸收潜力的物种。

经过历时一年的逐一筛选和层层排除,团队对一百多个科的植物进行了详细调查。

在这个过程中,一种极少进入科研视野的网纹草引起了团队的关注。

经过验证,网纹草展现出了迄今发现的高等植物中对远红光捕光能力最强的特性。

找到候选植物只是第一步。

网纹草的这份"超能力"源自其叶绿体深处的一种特殊捕光色素蛋白复合物。

要弄清这种蛋白复合物如何将吸收光谱延伸至远红光区,必须从成千上万种蛋白质中精准分离并鉴定目标蛋白,难度极大。

许多团队成员一度认为这个课题基本不可能完成。

然而秦晓春坚持了下来,带领团队持续探索。

经过数百次试验和不懈努力,团队最终取得了突破性进展。

他们不仅精准定位了网纹草远红光吸收的关键结构位点,更在国际上首次成功解析出叶绿素与细菌叶绿素杂合的光反应中心结构。

这一突破实现了从可见光到红外光的宽光谱高效吸收,为植物光合作用的优化利用提供了新的科学基础。

这两项重磅成果相继发表于国际顶级期刊《自然-通讯》,一举填补了该领域的国际研究空白,为全球光生物学研究作出了重要贡献。

秦晓春团队的研究并未止步于基础科学探索。

作为光生物学领域的学科带头人,她带领团队完成了10余项国家级科研项目,与育种企业紧密合作,成功培育出系列高光效小麦品系,推动"小麦一年三代"快速育种技术实现产业化应用。

这些举措将实验室中的科研成果有效转化为农业生产的实际收益,真正服务于国家粮食安全和农业现代化建设。

秦晓春明确表示,自己的目标是将光合作用的理论研究转化为作物增产的实效,让光合机理真正服务于国家农业发展战略。

这一目标既体现了科研工作者的社会责任意识,也指明了高光效农业发展的前进方向。

随着相关研究的深入推进和成果的进一步转化应用,有望为提高农作物产量、保障国家粮食安全作出更大贡献。

从林下植物的“寻宝”筛选,到关键结构的首次解析,再到面向田间应用的材料创制与技术落地,这条路径折射出农业科技创新的共同规律:既要敢于在基础研究“无人区”长期攻关,也要把成果放到国家需求与产业场景中检验。

让作物更高效地利用阳光,本质上是在提升农业的“能量转化能力”。

在守住粮食安全底线、推进高水平农业科技自立自强的进程中,这类面向机理、面向应用的持续探索,正为端牢中国饭碗提供更坚实的科技支撑。