格物致知,造物致用——迎接光合作用机制研究与理性设计新时代

光合作用是最早被人类研究的植物生命过程。1771年,普里斯特利通过实验发现,当植物和小鼠共同置于光下的密闭容器中时,小鼠可以维持长时间的生存。这是人类利用实验方法正式研究光合作用的开始。此后人们研究发现,植物叶片利用光能将吸收的CO_(2)及水分合成碳水化合物,并释放氧气。光合作用的研究从20世纪中期进入快车道。通过同位素追踪实验,美国伯克利的卡尔文实验室解析了光合CO_(2)同化的代谢路径[1],其中涉及的关键代谢酶也逐次被发现。在光合作用的光反应研究中,重大突破来源于对量子效率的研究。美国伊利诺伊大学的艾默生等发现,在长波红光(680 nm)的基础上再加一个波长较短的光(660 nm)时,光合作用的量子效率会提高[2]。这个双光增益效应意味着在光合作用中有两个光系统,分别具有不同的光吸收特性,协同推动光合作用运行[3]。