匡廷云院士：《光合膜蛋白结构与功能研究及其发展战略》

　　7月11日，北京青少年科技俱乐部在中国科学院学术会堂举行暑期“科学名家讲座”，报告人为十几天前在北京人民大会堂举行的国家科学技术奖励大会上获得2023年度国家自然科学奖二等奖，并与获奖者一同受到习近平总书记接见的中国科学院院士、中国科学院植物研究所研究员、北京青少年科技俱乐部资深导师匡廷云。匡院士报告的题目是《光合膜蛋白结构与功能的研究及其发展战略——中国科学院植物研究所团队在探索光合膜蛋白结构与功能奥秘的崎岖道路上》。

北京青少年科技俱乐部 “科学名家讲座”现场

　　匡廷云院士指出，光合作用的起源与进化是地球上自然界的重要事件。46亿年前，地球诞生之初曾发生过3次光合进化大事件：第一次被称为“厌氧光合作用的起源”，34亿年前光合细菌诞生；第二次为“放氧光合作用的进化”，27亿年前放氧光合细菌出现；第三次为“植物的登陆与繁盛”，4.75亿年前先锋植物地衣、苔藓等登陆。

匡廷云院士作报告

　　匡廷云院士介绍说，光合作用的意义在于，地球上陆地植物及海洋中的低等植物藻类，每年进行的光合作用，将合成2200吨生物质，相当于人类每年所需能量的10倍。光合作用的意义还在于，光合作用形成的有机物和放出的氧气，是包括人类在内的几乎所有生物生命活动所需能量和氧气的来源；放出的氧气是地球上氧气的重要来源，是㚖氧层形成的重要来源；当今人类文明所需的古生物燃料，无论是煤、石油、天然气都是古代植物直接或间接的光合产物。没有植物的光合作用，就没有人类的生存和持续的发展；光合作用是科学前沿和国家重大战略需求。研究光合作用机理及其人工模拟，对解决人类社会可持续发展所面临的能源、环境和粮食等问题都有重大战略意义。

　　中国科学院植物研究所光合膜蛋白创新团队的历史可追溯到半个多世纪之前，著名植物生理学泰斗汤佩松先生开启了我国植物光合作用和呼吸作用的研究。此后，植物研究所团队就将光合膜蛋白结构与功能的研究作为战略主攻方向。迄今，这支科研团队先后两次获得国家自然科学奖二等奖，其中第一次是上个世纪80年代中期，在汤佩松先生的领导下该团队光合膜蛋白结构与光能分配和转化效率的研究成果获得国家自然科学奖二等奖；第二次是刚刚过去的6月24日，在国家科学技术奖励大会上，匡廷云院士牵头的“真核生物光合膜蛋白结构与功能研究”项目获得2023年度国家自然科学奖二等奖。

　　据中国科学院植物研究所官网报道，植物研究所光合膜蛋白团队针对真核生物光合膜蛋白结构与高效光能转化分子机理的前沿科学问题，克服了多个植物生理生化和结构生物学技术难题，先后取得了多项原创性、突破性成果。

　　率先在原子水平解析了植物光能量子转换效率最高的光系统I-捕光天线（PSI-LHCI）超级复合物的2.8埃分辨率晶体结构，揭示了PSI-LHCI的精细结构、色素网路、及其特殊“红叶绿素”捕获远红光的机制，阐明了光系统I能量100%量子转化效率的结构基础。解析了硅藻的岩藻黄素叶绿素a/c型捕光天线（FCP）的1.8埃分辨率晶体结构，以及光系统II-捕光天线（PSII-FCPII）和光系统I-捕光天线（PSI-FCPI）超级复合物的电镜结构，破解了硅藻在水中高效捕获蓝绿光和独特光保护机理之谜；同时，解析了绿藻完整C2S2M2N2型光系统II-捕光天线（PSII-LHCII）超级复合物冷冻电镜结构，为阐明真核藻类（硅藻和绿藻）在水下弱光条件下高效捕获并利用光能的分子机制奠定了理论基础。该项目研究成果为提高作物光能利用效率、设计高光效作物、实现光合作用的人工模拟提供了理论依据、新思路、新途径。

　　该研究项目取得的原创性科技成果在国内外产生了重要影响，两次被美国《科学》杂志特邀专家评为“里程碑”性质的工作；两次入选“中国生命科学十大进展”（2015和2019年），入选“2019年中国科学十大进展”“2019年中国十大科技进展新闻”“2019年中国十大海洋科技进展”、国家“十三五”科技创新成就展等；匡廷云院士多次获国内外学会颁发的“杰出成就奖”和“终身贡献奖”等荣誉，培养了多名优秀青年科技人才。

　　北京青少年科技俱乐部成立25年来，匡廷云院士一直鼎力支持俱乐部的“科研实践”和科学评议活动，无论工作多么繁忙，都挤出时间前来指导，甘为人梯，使俱乐部基地学校的学生受益匪浅，体现了科学大家的崇高精神风范。

　　此次“科学名家讲座”报告会，主要是应河北临城中学提出的希望而举办的暑期专场，最终俱乐部8所基地学校413名师生参加了报告会。

师生互动