📌 #中外科学家揭示植物高效光合作用分子机制

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🔥 中国科大团队首次在天然膜环境中"原封不动"解析光合超级复合物，发现光系统II竟是叶绿体"骨架工程师"，一举刷新教科书认知。

植物光合作用是地球上几乎所有生命的能量之源，但科学家过去研究其蛋白结构时，不得不先用去垢剂从细胞中提纯——这一步骤就像把一台精密发动机拆散了再研究，必然会丢失部分"零件"。2026年8月1日发表在《自然》（Nature）上的最新研究彻底改变了这一局面。中国科学技术大学张凯教授团队联合荷兰阿姆斯特丹自由大学Roberta Croce教授、安徽医科大学朱家鹏教授，首次采用直接冷冻完整水稻叶绿体的方法进行冷冻电镜成像，在天然膜环境中解析了光系统II和光系统I超级复合物的高分辨率原位结构。#中外科学家揭示植物高效光合作用分子机制#的研究思路堪称"教科书级突破"。

用大白话说就是：以前是把马达拆出来看，现在是直接把整台机器端到显微镜下"直播"。团队解析出的PSII-LHCII超级复合物平均分辨率达到2.89埃，核心区更精细至2.3埃，这让科学家首次看到了光合"发动机"在车间里真实运转的样貌。

对比数据令人震惊。体外纯化只能获得包含18个外周天线亚基的C₂S₂M₂型结构，而此次原位解析直接观察到30个外周天线亚基的完整复合物，多出了整整12个，其中包括4个过去几乎永远丢失的L型LHCII三聚体。这些L型三聚体就像太阳能电池板的"补光灯"，如果没有它们，植物实际捕获光能的效率将被严重低估。

研究还精确鉴定出305个叶绿素分子、52个类胡萝卜素、8个质体醌分子和111个天然脂质分子。那些脂质分子被形容为"分子胶水"，没有了它们，整个超级复合物的结构就无法维持。基于原位结构计算的激发能捕获时间为364皮秒，光化学量子效率高达83%，与活体水稻叶片实测数据完美吻合——这证明研究团队看到的，就是植物体内最真实的样子。

最令人意外的发现藏在更高维度的结构中。团队在水稻类囊体膜内首次直接观察到PSII-LHCII超级复合物并非孤军作战，它们通过并列式、跨腔侧和跨基质侧三种二聚体形式串联，进一步组装成三聚体和四聚体，形成贯穿相邻膜层并在膜平面内横向延伸的连续网络。这意味着光系统II不仅仅是光合作用的"发动机"，它本身还充当了类囊体膜堆叠的物理"骨架"——这是教科书从未描述过的功能。该项突破也成为中国科大2026年以来以第一署名及通讯单位在《自然》《科学》《细胞》三大顶刊发表的第11篇重磅成果。

综合中国科学技术大学官网、快讯、搜狐新闻报道 | 2026-08-02