赵松浩，陶秋爽，沈建仁，王文达

中国科学院植物研究所 中国科学院光生物学重点实验室，北京 100093

1 硅藻光合作用

光合作用是地球上最重要的化学反应之一。它可以大规模地利用太阳光能，以二氧化碳、水等无机物为主要原料，合成碳水化合物等有机物，并产生氧气。氧气的出现直接改变了地球表面大气层的成分和结构，并形成臭氧层，为生物大爆发和高等生命的出现以及人类进化提供了前提条件。光合作用合成的有机物也为人类和动物等提供生命活动所必需的食物，并直接或间接地为人类社会发展提供煤和石油等化石燃料，是现代文明中农业和工业生产的关键物质基础(图1)。

图1 光合作用与人类社会

光合作用分为光反应和暗反应两个阶段，其中负责光反应的色素-蛋白复合物主要进行捕光、传能、原初电荷分离和传递电子以及跨膜质子转运[1]，并为接下来的暗反应固碳提供能量和还原力。为实现高效的捕光以驱动光合作用的进行，色素-蛋白复合物分为捕光天线复合物和反应中心两种模块，分别主要负责光能的捕获和光化学反应[2]。光合生物为了更好地适应不同的环境，经历了多个阶段的进化，比如从不产氧光合细菌到产氧光合细菌，从原核蓝细菌到真核单细胞藻类再到多细胞高等植物。数十亿年的进化过程导致光合生物的多样性，出现了光合细菌、微藻、苔藓以及高等植物等光合物种，也演化出多彩多样的色素-蛋白复合物，出现I型和II型两种反应中心以及外围的水溶性捕光蛋白和膜蛋白两种捕光天线。……