李家洋團隊十年攻關 解鎖作物“午睡”增產密碼

向光要糧破百年難題 三亞科創賦能水稻高產

李家洋團隊十年攻關 解鎖作物“午睡”增產密碼

李家洋在實驗田里察看水稻長勢。

每年盛夏的三亞，正午驕陽普照大地，田間水稻常在12點至14點鐘時集體光合效率大幅度下降。這并非缺水，而是困擾科學界百年的作物“午睡”現象——強光高溫下光合作用驟降，相關研究證實，作物“午睡”現象會造成農作物約30%的產量損失。

2026年6月18日，國際頂級期刊《Cell》在線發表了來自中國的突破性成果：崖州灣國家實驗室主任、中國科學院院士李家洋團隊歷經十年跨學科攻關，精準捕獲調控該現象的MBS1蛋白，證實其構建的“葉綠體防曬盾”（一種光保護蛋白屏障）可使水稻增產10%—40%。這意味著，我國在沖擊作物高光效高產“理論極限”的道路上，邁出了關鍵一步。

■溯源——十年磨劍，鎖定“午睡”開關

“就像人在高溫強光下工作會中暑，作物中午‘午休’，本質是超出了自身光合系統的承受極限。”李家洋解釋。

所謂“午睡”，是正午強光高溫環境中，水稻等農作物光合作用顯著下降的生理應激反應。強烈日光產生過量單線態氧，極易損傷葉綠體，造成每日數小時的生產停滯。研究表明，該現象在某些條件下可導致近30%的產量損失，是長期制約糧食增產的核心科學難題之一。

自20世紀初被發現以來，“午睡”如同懸在農學家頭頂的“達摩克利斯之劍”。20世紀80–90年代，中國科學院院士匡廷云、李振聲、沈允鋼等開展小麥午睡現象的生理研究，但受限于技術手段，學界長期停留在“事后修補”的思路——等待葉綠體被強光產生的單線態氧損傷后再啟動修復，始終未能觸及深層分子機制。

“這些年來，全球科學家都在嘗試破解，有的靠栽培調控，有的靠傳統育種，但都難以突破。”李家洋說，“我們發現的，是自然界自身存在的一套高級、智能且精妙的調控系統——不等葉綠體受傷，而是在感知到強光的第一時間，主動構建一層蛋白質‘防護服’，從源頭阻斷損傷。”

李家洋在攻讀博士學位期間主攻光生物學，對植物光合作用研究興趣頗深。2016年，青年科學家邵寧加入他在中國科學院遺傳發育所的實驗室，讓光生物學這一研究方向正式“啟航”。當年起，團隊鎖定一個名為MBS1的微小蛋白，開啟了一場“十年磨一劍”的基礎研究攻堅。

“前三年，我們連蛋白結構都解不出來。”李家洋回憶，MBS1蛋白兩側的無序區域難以常規結晶，傳統手段無法捕捉其三維構象。團隊最終聯合中國科學院生物物理所，借助核磁共振技術，耗時三年才解析出其精細結構。

更關鍵的突破接踵而至：研究發現，在強光照條件下，MBS1蛋白會發生液—液相分離（“相變”），從游離狀態聚集成液滴狀凝聚體，在葉綠體表面形成一層類似“防護盾”的蛋白質涂層。這層“盾牌”并非簡單阻擋光線，而是通過散射作用大幅削減透射光強度——既避免強光灼傷光合機器，又保留足夠光能維持光合作用持續進行，相當于讓作物實現“全天候開工”。

■實踐——跨區試種，交出高產答卷

理論跑通只是上半場，大田里的硬核驗證才是農民的定心丸。近幾年來，團隊將試驗田從黑龍江一路鋪到海南，覆蓋從溫涼到高溫強光的多種氣候類型，僅大田驗證就歷時四年。

為貼近生產實際，團隊選用主栽品種“稻花香”作為底盤材料，在北京、吉林、黑龍江、海南四個緯度區域同步開展試驗。

結果令人振奮：在光熱相對溫和的東北地區，搭載MBS1機制的品種增產約10%—15%；在北京等中度地區，增產躍升至20%—30%；而在海南三亞這類常年強光高熱的“午睡重災區”，增產幅度最高可達40%，且稻米品質未受影響。

“從東北到海南，光照強度差異巨大，但增產效果一致顯著。”李家洋說。更令人驚喜的是超表達株系提前10天開花成熟。“農業生產中長期存在‘早熟不高產’的權衡難題，這一發現為打破瓶頸提供了全新思路。”

消息傳來，令三亞的科研人員振奮不已。長期研究水稻的海南省農墾科學院集團有限公司水稻課題組負責人王榕寧認為，MBS1蛋白的發現直擊要害：“過去海南正午強光下，水稻葉片氣孔關閉以減少水分蒸騰，二氧化碳吸收受阻，光合作用顯著受抑。MBS1蛋白能通過應激變形保護葉綠體，相當于加了一層‘防護服’，讓水稻在正午也能高效利用強光。”

海南省農墾科學院集團有限公司科研助理許其云認為，該機制為常規育種提供了明確的生理選擇指標：“育種家可據此大規模篩選優異自然變異，或通過分子標記輔助選擇，將高光效特性導入骨干親本，使新品種在強光下穩定增產10%—40%。”此外，常規育種應發揮群體大、適應性廣、易推廣的優勢，結合簡易生理測定或分子標記輔助選擇，精準鑒定后代，同時注重株型與灌漿協同優化，縮短育種周期，讓這一基礎研究成果真正轉化為農民手中的高產穩產品種。

■展望——由點到面，筑牢大國糧倉

目前，這項成果的落地應用仍在加速推進。李家洋團隊已著手針對西南丘陵、黃淮海平原等不同生態區細化適配方案，試圖讓這張蛋白“防曬網”覆蓋更廣國土。

李家洋坦言，技術轉化仍需攻克多重挑戰：“不同品種遺傳背景各異，MBS1蛋白的表達效果和對光合作用的防護作用也不盡相同。我們需要系統研究其在不同品種、不同區域的響應規律，明確最佳應用策略。”下一步，團隊將重點探索強光信號觸發MBS1蛋白相變的精確機制，解析早熟與高產協同調控的網絡，并加快在水稻、玉米、大豆、油菜等主要糧油作物上的驗證與推廣。

2022年崖州灣國家實驗室成立后，李家洋院士團隊整體入駐三亞，依托實驗室作為創新“總平臺”、產業鏈“鏈長”的組織優勢，聯合遺傳學、光學、栽培學等多領域專家協同攻關。“這項研究橫跨生理、物理、化學、遺傳多個學科，沒有大團隊協作根本無法完成。”李家洋表示，這正是國家實驗室的核心價值——集中力量辦大事，打通“基礎研究—關鍵技術—產業應用”的創新鏈條。

“基礎研究是整個科學體系的源頭，是解決所有技術問題的總開關。”李家洋表示，作物“午睡”機制的破解，相當于找到了植物高產的“發動機”，為應對全球氣候變化、培育耐高溫高光的高效作物品種提供了核心靶點。

隨著全球氣候變暖導致極端強光頻發，這項原始創新正從實驗室走向千萬畝沃野。當百年難題在中國南海之濱迎來關鍵轉折，作物不再“午睡”的每一寸田間，都將為大國糧倉增添更飽滿的底氣。

（記者 張慧臏）

把論文寫在熱浪滾滾的稻田里

　　作物“午睡”，一個困擾科學界百年的老問題，如今在中國南海之濱迎來突破性進展。李家洋院士團隊歷經10年攻關，在《Cell》發表重磅成果，成功捕獲調控作物“午睡”的MBS1蛋白。這不僅是基礎研究的重大原創，更是落實“藏糧于技”戰略、端牢中國飯碗的生動實踐。

　李家洋在實驗室里和團隊成員交流。

　　從黑龍江到海南島，團隊用4年大田試驗交出了一份沉甸甸的“增產答卷”：最高增產40%，且能兼顧早熟與優質。這證明，我國科學家有能力從紛繁復雜的生命現象中，找到那把解開產量密碼的“金鑰匙”。MBS1蛋白構建的“葉綠體防曬盾”，變被動修復為主動防御，標志著我國作物高光效研究已躋身世界領跑行列。

　　糧食安全是“國之大者”。當前，全球氣候變暖導致極端高溫頻發，給農業生產帶來嚴峻挑戰。這項從“0到1”的突破，為應對氣候變化提供了核心技術方案。特別是崖州灣國家實驗室這一國家戰略科技力量的加持，通過多學科交叉、大團隊協作，打通了“基礎研究—關鍵技術—產業應用”的創新鏈條，展現了新型舉國體制的強大優勢。

　　展望未來，從實驗室到田間地頭，從單點突破到全局豐收，還有很長的路要走。期待科研團隊繼續深化研究，加快在玉米、大豆等糧油作物上的推廣應用，讓這張蛋白“防曬網”覆蓋更廣闊的國土，讓更多“中國種”長出“中國糧”，為大國糧倉增添更飽滿的底氣。

（張慧臏）