新華社北京5月21日消息，光合作用是地球上生命體賴以生存的基礎，對它的科學研究已持續了兩百多年，但仍有很多未解之謎。記者21日從中科院獲悉，該院生物物理所的研究團隊在光合作用研究中獲得重要突破，在國際上率先解析了高等植物（菠菜）光合作用超級複合物的高分辨率三維結構。該項研究工作發表在最新出版（5月19日）的國際頂級期刊《自然》上。

20日，柳振峰、李梅、章新政（由左至右）手拿超級膜蛋白複合體的樣品合影。因超級膜蛋白複合體中的葉綠素吸收大部分的紅光和紫光，不吸收綠光，該實驗室內的燈光全部為綠色光源以保護葉綠素樣品。

據介紹，基於結構的光合作用機理研究具有重要的理論意義，同時也將為解決能源、糧食、環境等問題提供具有啟示性的方案。1985年，德國馬普生物化學所的戴森豪福等首次解析了紫細菌光合作用反應中心的晶體結構，獲得了1988年的諾貝爾化學獎。

近年來，國際上圍繞藍細菌、藻類和高等植物光合作用的結構生物學研究陸續獲得了一系列進展，但關於植物光系統II的結構研究卻相對滯後，這被認為是光合作用研究領域最後一個也是最受關注的超級複合物結構。

章新政、李梅、柳振峰（由左至右）在中國科學院生物物理所的實驗室內合影

光合作用是綠色植物利用太陽能把二氧化碳和水合成有機化合物並釋放出氧氣的過程，是地球上最大規模的能量和物質轉換過程，也是幾乎一切生命生存和發展的物質基礎。

據生物通網介紹，在太陽能的驅動下，植物、藻類和藍藻細菌都能通過光合作用將水和二氧化碳轉化為富能的有機化合物，並釋放出氧氣。在產氧光合作用中，初期的光物理和光化學過程主要是由兩個光系統：光系統I（PSI）和II（PSII）所介導的。本次的研究就是有關光系統II的。

“植物光合作用的原初反應是從光系統II（Photosystem II）開始的，光系統II是一個超大膜蛋白－色素複合物。解析植物光系統II神秘而複雜的精細結構是結構生物學研究領域的科學家們多年來一直追求的熱點和難點課題。”中科院生物物理所研究員柳振峰說。

經過多年努力，中科院生物物理所柳振峰研究組、章新政研究組和常文瑞/李梅研究組通力合作，聯合攻關，通過單顆粒冷凍電鏡技術，首次解析了高等植物（菠菜）的光系統II－捕光複合物II（LHC-Ⅱ）超級膜蛋白複合體的三維結構。

章新政在中國科學院生物物理所的實驗室內展示冷凍電鏡

科學家介紹，光系統II具有獨特而神奇的裂解水分子和放出氧氣的功能，因此被認為是人工模擬光合作用的理想模板，可為實現光能向清潔能源氫氣轉換提供具有啟示性的方案。

“我們解析了高等植物光系統II的高分辨率三維結構，並且獲得了其與外周捕光天線之間相互裝配原理和能量傳遞過程相關的重要結構信息。”柳振峰表示，這一突破為研究團隊打開了一片全新的天地，有望在該領域中繼續深入挖掘，獲得更大更複雜的超級複合物研究成果。

此前，中國科學院家還解析了光系統I的高分辨率三維結構。2015年5月29日，《自然》雜誌以封面文章的形式刊登介紹了中科院植物研究所的關於光系統I的研究成果。可以說，中國科學界對於人類理解光合作用捕光機理的研究處在了全球領先地位。