破解作物“午睡”百年谜题 ，让水稻减产一到四成—旧事—科学网
· 2026-09-24 05:21:05| 破解作物“午睡”百年谜题，午睡让水稻减产一到四成 |
李家洋在稻田 。破解受访者供图
■本报记者 冯丽妃
人累了会午休 。作物你大年夜大年夜约不晓得 ，百年田里的谜题庄稼三更也会“摸鱼” ！
在三更高光 、让水低温两重勒迫下 ，稻减农作物光合感染会被除夜幅阻拦 ，产到成旧光能独霸屈就除夜幅降低，事科构成作物平均减产30%放置 。学网这类作物“午睡”气候经久制约着光能独霸屈就与产量汲引 ，午睡自1910年被创作创造至今，破解困扰科学界长达百年 。作物
如今 ，百年中国科学家在破解这一问题标中心分子机制上迈出关头一步 。谜题中国科学院院士李家洋牵头连络中国科学院遗传与发育生物学研究所（以下简称遗传发育所） 、崖州湾国度考验考验室、中国科学院生物物理研究所（以下简称生物物理所）等多家单位的科研人员 ，经由过程10年跨学科连络攻关 ，创作创造植物体内一种名为MBS1的超小蛋白可照顾强光 ，构成凝集体小液滴，经由过程近似“防护服”的呵护感染过滤强光完成“防晒”。多年多地田间履行证实 ，该机制可以让水稻等农作物产量汲引10%~40% ，这为应对全球气候笼统变热 、完成粮食减产供给了新的根本幻想与技能路途 。6月18日 ，相干研究下场在线宣布于《细胞》。
面向百年谜题
在农业科学界，提到李家洋，良多人会想到“分子筹划育种” 。21世纪初 ，他提出“像筹划财富产品一样”把高产 、抗病 、精细的基因模块“组装”起来，“筹划”出志向种子 。
不过 ，良多人不晓得的是 ，畴昔10年，李家洋还展开了此外一项根本研究——寻觅作物“午睡”问题标措置路途 。
这是全球植物学 、农学的百年经典科学问题 。光合感染为植物供给能量，但在强光、低温 、干旱等多重困境下 ，过量的光也会困惑植物迸发活性氧 。它就像植物体内的“堕落剂” ，会激起氧化勒迫，毁伤光合相干蛋白与筹划 ，逼得庄稼只能且则罢工 、自我呵护 ，使得光合感染速度除夜幅降低 ，严重时会构成光合工厂“叶绿体”的崩溃 ，光合感染极端受损 。
“自愿罢工”直接招致农作物平均减产30% ，这是多年来粮食产量难以打破的关头瓶颈 。
早在20世纪***十年代 ，中国科学院院士匡廷云 、李振声 、沈允钢等专家学者就曾展开小麦等作物“午睡”气候的心思研究 。可是 ，受限于事前的技能身手，研究人员不竭未能破解其深层分子机制 ，没法从根柢上措置这毕出产艰苦 。
近20余年来，全球良多科学家都在考验考验措置这一问题 ，次要的研究思路是修复毁伤或加强抗性 ，但也未能摸清其底层机制。
李家洋在博士时代的研究标的方针就是光生物学，对植物光合感染研究不时很感欢欣乐乐喜悦爱好 。2016年，青年科学家邵宁介入李家洋在遗传发育所的考验考验室后 ，让光生物学研究这个标的方针得以“出发” 。
邵宁2001年赴德国弗莱堡除夜学攻读分子遗传学 ，2006年掉落踪掉落踪博士学位 。博士卒业后 ，她在德国马普学会分子植物心思学研究所延续从事研究 ，聚焦藻类和植物的活性氧旗子记号 。她从藻类中发掘了MBS1蛋白 ，剖断其为单线态氧的旗子记号介导因子。单线态氧是植物叶绿体光合琐细构成的一种活性极强、存续时分极短、破坏性极高的活性氧物质 。可是，MBS1若何感知单线态氧并启动细胞应对的分子机制真实不了了 。
李家洋活络地意想到 ，MBS1多是揭秘作物“午睡”气候的一个打破口 。“我们就研究作物，看这个蛋白对光阻拦的影响幻想下场有多除夜 。”他如斯决意 。
后来 ，他们才创作创造 ，因为触及光物理 、光化学 、生物化学 、遗传学 、作物栽种等多学科局限 ，这项研究从分析MBS1的筹划最早 ，就像一个“无底洞” 。
十年闯关
仅是分析MBS1的筹划，研究团队就花了整整3年时分 。理论上 ，这是一个超小蛋白——仅由110个氨基酸构成、分子量约13kD，中心有一个锌指筹划 ，两侧为无序蛋白 。因为两侧无序区域没法常例结晶 ，研究团队连络生物物理所 ，依托核磁共振技能在溶液平分析出蛋白筹划 ，兼并了根本的筹划分析艰苦 。
随后 ，研究团队创作创造 ，正好是这些无序区域对蛋白构成强光“警悟”机制相当次要 。当三更强光招致叶绿体堆集对光合感染具有负面效应的单线态氧时 ，MBS1蛋白会当即照顾，蛋白构象产生发火改削 ，在细胞内构成液-液相分袂的微米级胶状液滴 ，像“防护服”或“护盾” 一样袒护在叶绿体外不雅 ，经由过程光散射调剂光线的分布与透射，使得叶绿体内光合蛋白与筹划免受过量单线态氧的***击击 。
经由过程模仿光路和履行不美不美不雅察 ，研究团队创作创造MBS1蛋白具有静态性 ：在强光困惑下聚积 ，减弱光阻拦效应；当光照恢复正常后 ，这些聚积筹划又会慢慢磨灭踪踪踪 。
“天然界的筹划特别很是精细——强光来了 ，‘盾牌’构成；光强度减弱，‘盾牌’磨灭踪 ，不影响作物正常光合过程。这是一个静态的 、智能的阳光过滤琐细 。”李家洋向《中国科学报》诠释道 。这一静态过程揭穿了叶绿体若何经由过程相分袂机制邃密调控光呵护 ，为邃晓光合感染的底层逻辑供给了新视角 。
走到这一步 ，他们已花了6年多时辰。不过 ，仅体味根本机理还不足 ，研究团队将MBS1基因转进水稻中完成超表达 。此后延续4年，他们在海南 、北京 、吉林 、黑龙江等地睁辞退夜田履行 。测产下场展示，与底盘比照品种稻花喷喷喷喷喷鼻比照 ，加强表达MBS1的材料在光热勒迫较轻的吉林等地 ，减产约10%~15%；在北京等中等光热区域，减产达20%~30%；而在强光高热的海南 ，减产幅度高达40% 。
“在不合光风险强度下 ，都展示出减产终局 。这声明这个蛋白可以精准化解高光阻拦光合感染这一中心冲突 。”李家洋说 。研究还不测创作创造 ，加强表达MBS1的水稻材料可延迟10天开花成熟 ，料想其启事多是光能独霸屈就汲引促进了代谢 。
研究人员按照末尾不雅不雅不雅不雅不雅不雅不雅不雅不雅不雅不雅不雅不雅不雅不雅不雅查询拜访料想，MBS1蛋白的“防晒”机制在除夜豆 、油菜、玉米等作物中大年夜大年夜约一样保守 ，具有广谱独霸潜力。“全球气候笼统改削招致极端高次要强光日趋频繁 ，我们的技能正好为作物供给了一种内涵的 、可遗传的光呵护身手 。”李家洋朴实 ，“这不是促进丧损掉落踪落 ，而是经由过程贯穿连接午间光合感染来添加净产量 。”
“每步的难题跋涉都值得”
论文初稿投至《细胞》后，该刊编辑部聘请多个局限的国际专家举办评审。他们提出了一系列锋利的问题 ：若何证实是单线态氧在破坏光合感染 ？相变产生发火的凝胶状液滴会不会不散射 ，反而聚焦阳光 ，让低温毁伤更严重？相变在叶绿体里真的有效？
研究团队做了除夜量补偿考验考验 ，答复了这些问题 。他们连络遗传发育所研究员降雨强展开微米级叶绿体光模仿考验考验，证实液滴更除夜的感染是光散射 ，而非“棱镜聚焦效应”；独霸荧光标识表记标帜 、活体成像技能 ，拍到高光下MBS1蛋白切实其实包被在叶绿体外不雅；以多年多地田间履行的海量一手数据 ，几回消弭过氧化氢等要素 ，锁订单线态氧的中心感染。
幻想下场 ，该研究掉落踪掉落踪了审稿人的高度评价——该下场特别很是次要 、别致 ，补偿了植物光呵护与相分袂交错局限的认知空白 ，代表了困境生物学和相分袂研究局限的定见性盼看 ，且在作物性状改进方面揭显露宏除夜潜力 。
回想回想研究过程 ，在鞭挞作物“午睡”机制研究中 ，李家洋和邵宁选择“10年零宣布”，对立“讲一个无缺的故事” 。没有下场 ，对待在“副研究员”职位上的邵宁来讲 ，就意味着没法汲引为研究员 。不过 ，她坦言本身斗劲“超脱”，在研究方面不竭贯穿连接着绝对繁华的节拍 。
不过 ，邵宁也有不淡定的时辰 。2022年 ，她向液相分袂局限的权力巨擘学者就教并掉落踪掉落踪必定 ，那一刻她被生命气候的精细与夸姣所吸引 ，确信她与团队正在跟随的是具有普适性的底层科学问题 。
“根本研究不是拍拍脑袋就可以做出来的 。假定线路舛错 ，20年也没用 。”李家洋说 ，“如今回看 ，每步的难题跋涉都值得 。我们不单揭开了百年的作物‘午睡’之谜 ，也为将来的绿色反动供给了一个‘防护一体’的全新分子靶点 。”
李家洋展示，研究团队将延续拜看与作物“午睡”相干的机制 ，完竣多作物独霸研究 ，加快科研下场在农业花费上独霸，让这类源自天然的“机警防护机制”真正赋能现代农业，筑牢国度粮食安然樊篱。
相干论文信息 ：
https:doi.org/10.1016/j.cell.2026.05.042
《中国科学报》 (2026-06-18 第1版 要闻)文章推荐：
鬼谷八荒引魂珠若何掉落踪掉落踪 鬼谷八荒引魂珠掉落踪掉落踪编制