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这个海洋中的“霸道总裁”，贡献了全球每年20%的原初生产力( 三 )

生物学 中国科学院


它是浮游生物 ， 在海水的深层它吸收绿光包括蓝光 ， 但是它浮到海洋的表面它要抵抗强光的照射 ， 所以它有极强的抗光氧化的能力 。
但是 ， 这些机制不清楚 。
我们认为 ， 它主要的是跟光合膜色素蛋白的结构和功能分不开 ， 所以我们首先在国际上分离了硅藻捕光色素蛋白复合体 。
它是个岩藻黄素-叶绿素a/c蛋白复合体是目前国际上最独特的捕光天线蛋白复合体 。

那么在分离提取光合功能鉴定的基础上 ， 我们拿到了它的结晶 ， 而且经过同步辐射 ， 包括上海光源和日本SPRING-8同步辐射光源 。

经过X光衍射我们在1.8A的原子水平的基础上 ， 在国际上首次解析了硅藻捕光叶绿素蛋白 ， 岩藻黄素-叶绿素a/c蛋白复合体 ， 也就FCP它的空间结构 。

它是一个同质两聚体 ， 而且在膜的表面与氢键相结合 。
而叶绿素c到叶绿素a的能量传递是百分之百 ， 而且传递的时间速率是60到100飞秒 。
更重要的就是岩藻黄素 ， 它跟蛋白结合以后形成不同的的状态 ， 特别是两端的六元环处在极性的状态 ， 就能使它的吸收光谱红移 ， 让它吸收到绿区的绿光 。
所以在深水里 ， 它能吸收绿光 ， 由于它有硅藻黄素 ， 能够抗强烈的光氧化 。

因此， 我们就破解了硅藻吸收绿光及抗强光的分子机理 ， 更重要的 ， 我们又进一步跟清华大学合作首次解析了硅藻的光系统II核心复合物及天线FCP ， 这样一个超大分子复合物的空间结构是二聚体 ， 而且有70个蛋白亚基 。
我们解析了300个叶绿素分子、150多个胡萝卜素它们的结构状态 ， 阐明了它们高效吸收绿光及传能的途径和抗光氧化及光保护的机制 。

这两项工作 ， 使我们在国际上率先破解了硅藻 ， 能高效的吸收蓝绿光 ， 而且高效的进行能量的传递和转换 ， 以及光保护的机制 。

【这个海洋中的“霸道总裁”，贡献了全球每年20%的原初生产力】那么Science期刊在同期邀请了国际著名的专家同行撰写写了专评 ， 认为我们开展的这两项硅藻的研究 ， 是光合膜结构功能中捕光传递系统的里程碑性质的工作 。
在这个工作以后 ， 我们又第一次解析了红藻 ， 光系统I的核心复合物及天线色素 ， 以及绿藻光系统II的核心复合物与天线色素的超分子结构 。

也就是说第一次揭示了红藻、绿藻它们在海水一定的深度 ， 为什么能够高效的吸能、传能、转能的结构基础 。
研究成果与荣誉
那也就是说我们团队多年来 ， 研究了从原核到真核 ， 从低等的光合生物到高等的光合生物 ， 它们光合膜蛋白的结构功能的差异 ， 进一步解释了不同的光合生物 。

它们在不同的光合环境条件下 ， 它们传能、转能的分子机理 ， 而且也为光合作用 ， 光系统演化的规律提供了基本的线索 。
那么我们以上这些研究得到了各界的高度评价 ， 几年来的研究包括和合作者的研究入选了2019年中国科学十大进展 ， 也入选了2019年中国科技十大进展新闻 。

2019年、2015年两次分别入选了生命科学十大进展 ， 而且同时入选了2019年海洋科学十大进展 。
我个人也受到了国际光合作用及氢能持续发展大会 ， 以及亚洲、大洋洲光生物学大会以及中国植物生理和植物分子生物学学会给予的荣誉 。

我非常感谢 ， 但是我想这不是对我个人 ， 是对我们的团队和合作者研究工作的肯定 。
最后我要讲的一点是 ， 这么多年来持续研究 ， 为光合作用研究的终极目标“彻底揭示光合作用高效转能的分子机理”提供了坚实的结构基础和分子基础 。
我们还要进一步站在科学的前沿通过学科的交叉 ， 来研究光合作用的终极目标 ， 我想不仅能够彻底揭示自然界光合作用高效转能这样一个机理 。

同时 ， 也可能能用物理和化学的语言来阐述或阐明这样一个生物学的过程 。
我想到那个时候就可以跨越无机世界到生命世界不可逾越的鸿沟 。
并能为提高作物的光能利用效率 ， 设计新型的高光效植物以及模拟光合作用开辟太阳能的新途径、生产清洁能源以及打造智能化的植物工厂提供理论依据 ， 提供新思路、新途径、新技术 。

当然 ， 我最后还要讲 ， 我想我们的团队还会继续跟合作者进行合作交叉 ， 应该就是说进一步站在科学的前沿去发展新的领域 。
通过合成生物学等进一步改造光合生物 ， 那么更满足国家能源和农业的需求 ， 为科技强国、为民族的复兴进一步贡献我们的力量 。

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