自然杂志

赵松浩, 陶秋爽, 沈建仁, 王文达

2021, 43(3): 157-164. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2021.03.001

摘要 ( 1179 )

PDF (11003KB) ( 654 )

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硅藻是海洋中一类重要的红色浮游植物，每年贡献了海洋40%或全球20%左右的原初生产力，在全球碳固定和地球化学循环中扮演重要角色。硅藻能取得如此成功生态位的一个重要因素是其捕光天线为具有出色捕光和光适应能力的岩藻黄素-叶绿素a/c结合蛋白(FCP)。为研究硅藻在水下高效利用蓝绿光、传递和转化太阳能的机理，我们团队与合作者利用晶体学和冷冻电镜技术破解了硅藻FCP捕光天线和光系统超级复合物的结构，揭示了FCP蛋白的独特结构特征和聚合状态，以及与其结合的大量叶绿素a、叶绿素c和岩藻黄素等色素分子的结合细节，为揭秘硅藻光合膜蛋白机器高效运行机理提供坚实的结构基础。

高等植物光系统复合物结构生物学研究进展

苏小东, 李梅

2021, 43(3): 165-175. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2021.03.002

摘要 ( 968 )

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光合作用过程中，植物通过位于叶绿体中类囊体膜上的光系统II和光系统I及其他蛋白复合物将吸收的太阳能转化为化学能，并释放氧气。两个光系统均是由各自的核心复合物和外周捕光天线组成的多亚基膜蛋白色素复合体，并参与植物在不同光照环境的适应调节过程，了解这些复合物的结构有助于对光合作用分子机制的深入理解。文章系统总结了近期高等植物光系统II和光系统I及相关蛋白复合物的结构生物学研究进展。

红藻藻胆体的结构及关键色素分析

肖亚男, 马建飞, 游鑫, 隋森芳

2021, 43(3): 176-188. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2021.03.003

摘要 ( 652 )

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藻胆体是红藻和蓝藻中的大型水溶性捕光复合体，能吸收较宽范围波长的可见光，能量传递效率高于95%。目前解析的高分辨率藻胆体来自红藻Griffithsia pacifica(太平洋凋毛藻)和Porphyridium purpureum(紫球藻)，在这两个物种中获得了藻胆体完整的蛋白结构，确定了所有连接蛋白的结构和分布，并且在Porphyridium purpureum藻胆体的结构中发现连接蛋白具有调节藻胆蛋白色素能量状态的作用。文章将针对藻胆体的整体结构和关键色素的微环境进行分析。

绿硫细菌光合反应中心复合体的原子结构

陈景华, 匡廷云, 沈建仁, 张兴

2021, 43(3): 189-198. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2021.03.004

摘要 ( 672 )

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绿硫细菌是一类厌氧光合细菌，能够利用光能以硫化物为电子供体进行非产氧光合作用。绿硫细菌的光反应系统由捕光天线绿小体、能量传递体FMO蛋白和反应中心三部分构成。文章主要介绍用冷冻电镜解析的绿硫细菌FMO蛋白-反应中心复合体的原子结构、基于结构推测的复合体内部的能量传递机制和它们对早期光反应中心进化的启示。

光合作用放氧反应

张纯喜

2021, 43(3): 199-208. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2021.03.005

摘要 ( 2100 )

PDF (4074KB) ( 1428 )

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光合作用放氧中心(OEC)是植物光系统II(PSII)中利用太阳能高效、安全地将水氧化，释放出电子、质子和氧气的生物催化剂。OEC的合成、结构和催化机理及其仿生模拟一直是光合领域广受关注的研究热点和难点。近年PSII高分辨率晶体结构研究揭示出OEC是一个特殊的Mn₄CaO₅ 簇合物，这一重要进展使人类可以在原子水平上探讨光合放氧反应的微观机理，同时也为OEC的人工合成提供了重要依据。我们近年来成功合成出结构和理化性能均与生物OEC类似的系列仿生Mn₄CaO₄簇合物，为研究OEC的微观机理提供了理想的化学模型，同时也为发展高效、廉价人工光合作用水裂解催化剂奠定了基础。目前无论是自然光合放氧研究，还是人工光合放氧研究都有大量重要的科学问题亟待深入研究。

解读天鹅座X-1最新参数测量结果

赵雪杉, 冯叶, 苟利军

2021, 43(3): 209-216. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2021.03.006

摘要 ( 761 )

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1964年发现的天鹅座X-1是人类历史上第一颗可观测到的恒星级黑洞，它持续不断地吸引着天文学家的目光。精确测量该系统的参数有利于天文学家加深理解天鹅座X-1的物理性质，并有助于对恒星演化作出更好的限制。2011年，首次全面测量天鹅座X-1系统的质量、距离、自旋等参数；2021年，包括国家天文台在内的国际合作团队再次对该系统进行精确测量，全面更新了系统参数。文章详细介绍天鹅座X-1的质量、距离、自旋三个参数的测量方法，以及2011和2021年两次精确测量的结果，并讨论了最新的测量结果对恒星及双星演化的启示。

红外技术在文物科学保护中的应用

张悦, 黄继忠

2021, 43(3): 217-224. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2021.03.007

摘要 ( 757 )

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无损检测是文物科学保护中的重要内容之一，而其中红外技术因其非接触、非破坏、高效率、适用性广、安全性好等诸多优势而得到普遍应用。在简要介绍红外技术相关原理和特点的基础上，综述了红外摄像、红外光谱和红外热成像应用于该领域所取得的最新成果，发现不同技术在表征文物影像特征、内部结构以及物理化学性质方面各有成效。红外技术能够挖掘各种类型文物的价值、工艺、病害和修复历史等隐藏信息，为其科学认知和保护提供定性甚至定量参考依据，因此表现出广阔的应用前景。

陆地植物起源研究的新进展

吴珍, 程时锋

2021, 43(3): 225-231. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2021.03.008

摘要 ( 772 )

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植物祖先从水生到陆生的演化是植物进化生物学研究的重要课题，也是改变地球陆地生态系统的关键事件，而目前植物陆地化的进化转变机制尚不明了。最近，对几种链型绿藻和一种角苔植物的高质量基因组解析为这一事件提供了线索。研究得出如下结论：①双星藻纲（Zygnematophyceae）是现存与陆地植物共同祖先最近的姐妹群系；②两类主调控因子（GRAS和PYL）的土壤细菌水平基因转移在驱动植物祖先陆地化的进程中起着重要作用；③植物祖先陆地化是渐进性演化，遗传物质经历了一系列的 “预适应”，很多长期被认为陆地植物特有的基因家族在更原始的绿藻中就已存在；④基因组学是研究植物陆地化及其可逆性过程（如一些水生被子植物）的重要手段。分子机制依然是研究植物陆地化适应性进程的热点之一，包括人工设计的 “实验进化”和在植物进化及适应性进程中扮演重要角色的水平基因转移这一自然的转基因工程事件。

相信自己，尊重别人——郝诒纯先生教我做人做学问

舒德干

2021, 43(3): 232-234. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2021.03.009

摘要 ( 579 )

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