从林下“寻宝”到田间增产:济南大学团队破解远红光捕获机制助力高光效育种

光合作用是地球上规模最大的物质转换和能量转换过程。

长期以来,如何提高植物对太阳光的利用效率,一直是困扰全球农业科研工作者的重要课题。

济南大学生物科学与技术学院院长秦晓春将科研目光聚焦于此,致力于解析植物吸收光能并进行能量转化的蛋白质机器的结构、功能和工作机理。

秦晓春的研究发现了一个关键问题:太阳光包含可见光、远红光等多个波段,但绿色植物主要利用可见光,对远红光的利用率基本为零。

这意味着植物对太阳能的利用存在巨大的开发空间。

如果能够将作物的捕光范围拓展至远红光区域,就可以显著提升光能利用率,进而增加农作物产量。

基于这一科学判断,秦晓春团队于2016年启动了一项系统的植物筛选工程。

团队采用科学的筛选策略,从能够生长在林下的植物中寻找具有吸收远红光潜力的物种。

这一看似简单的思路背后,隐含着巨大的工作量。

经过整整一年的持续筛选和层层排除,团队对一百多个科的植物进行了逐一检测。

在数百次试验中,当许多团队成员开始怀疑这个课题的可行性时,一种极少被关注的网纹草进入了研究人员的视野,成为了"希望的曙光"。

经过验证,网纹草展现出了对远红光捕光能力最强的特性,成为了破解这一难题的关键钥匙。

找到具有潜力的植物物种只是第一步。

网纹草之所以具备这种"超能力",源于其叶绿体深处一种特殊的捕光色素蛋白复合物。

要弄清这种蛋白复合物如何将光吸收光谱延伸至远红光区,研究人员必须从成千上万种蛋白质中精准分离和鉴定出目标蛋白,其难度之大可以想象。

这个阶段的研究工作曾一度陷入瓶颈,许多参与者认为这个课题几乎不可能完成。

然而秦晓春凭借对科学目标的执着追求和对研究方向的坚定信念,带领团队坚持不懈地进行探索。

经过数百次反复试验和不断的技术突破,秦晓春团队最终取得了突破性成果。

他们精准定位了网纹草远红光吸收的关键结构位点,并在国际上首次成功解析出叶绿素与细菌叶绿素杂合的光反应中心结构,实现了从可见光到红外光的宽光谱高效吸收。

这两项重磅研究成果相继发表于国际顶级期刊《自然-通讯》,一举填补了该领域的国际研究空白,为全球光生物学研究做出了重要贡献。

秦晓春并未止步于基础理论研究。

作为光生物学领域的学科带头人,她带领团队圆满完成了十余项国家级科研项目,并与育种企业深入合作,成功培育出系列高光效小麦品系。

团队推动的"小麦一年三代"快速育种技术已成功落地应用,将实验室中的"追光"科研成果真正转化为现实生产力,有力服务于国家粮食安全战略。

面向未来,秦晓春的科研目标更加明确:揭示光合作用的深层奥秘,赋能高光效农业发展。

她致力于将光合机理研究成果转化为作物增产的实际效益,推动理论研究与农业生产的深度融合,为国家农业现代化建设贡献科技力量。

从实验室的基础发现到田间地头的实际应用,秦晓春团队的研究历程诠释了"把论文写在祖国大地上"的科研理念。

在建设农业强国的征程中,这样的创新突破不仅拓展了人类对自然规律的认知边界,更以实际行动回应了"端牢中国饭碗"的时代命题。

随着更多原创性成果的涌现,科技创新必将为农业高质量发展注入更强劲动力。