本报讯 7月29日，记者从中国科学技术大学获悉，该校生命科学与医学部张凯教授团队联合国内外科研人员，揭示了植物高效光合作用的结构基础和分子机制，并首次发现光系统Ⅱ（PSII）具有支撑叶绿体类囊体膜堆叠的新功能。相关成果发表于国际学术期刊《自然》。

光合作用是植物把太阳能转化为化学能的过程，也是地球上几乎所有生命赖以生存的能量来源。长期以来，科学家研究光合作用相关蛋白，通常需要先将其从细胞中提纯再进行结构解析。但这一过程容易破坏蛋白周围的天然环境，导致部分关键结构丢失，因此看到的并不是植物体内最真实的状态。

针对这一难题，张凯团队改变了传统研究思路，不再“提纯后观察”，而是直接对完整的水稻叶绿体进行冷冻成像，在天然膜环境中观察光合作用复合物，相当于把研究对象“原封不动”地放到显微镜下进行解析。

研究团队不仅获得了迄今最完整的水稻光合作用超级复合物结构，还首次发现，负责光能转换的光系统Ⅱ不仅是植物进行光合作用的重要“发动机”，还能彼此连接形成稳定的“骨架”网络，直接支撑叶绿体类囊体膜的堆叠结构。这一发现刷新了科学界对光系统Ⅱ功能的认识。

进一步分析显示，在天然环境下解析得到的结构，与植物体内真实的光合作用效率高度一致，也意味着研究结果更加接近植物在自然状态下的工作方式。

据了解，这是张凯教授团队继2024年在线粒体原位结构生物学取得突破后，在细胞能量代谢领域取得的又一重要成果。该研究将光合作用研究从离体实验推进到天然膜环境，为揭示植物高效利用光能的机制提供了新的研究框架，也为未来通过合成生物学培育高光效、高产作物提供了重要的结构基础。

来源：合肥日报-合新闻（2026-08-01）   记者：卞怡菲

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