匡廷云院士：耕耘不辍 造福人类

文/本刊记者 宋文芳 高妍

她是一个用毕生热情追逐“光”、研究“光”的女科学家。

搞基础研究，她带领团队开展光合作用光合膜结构与功能研究，以系列创新成果领先国际。

做产业转化，她以半世纪基础研究成果做底，带领团队开展光生物学的研发，助力植物工厂建设。

身为资深院士，她积极参与国家科学事业的发展，多次参加国家战略研讨，长期开展科普工作。

她就是中国科学院院士、国际欧亚科学院院士、中国植物学会原理事长、中国科学院植物研究所研究员匡廷云。

匡廷云，女，1934年生，四川资中人。1956年毕业于北京农业大学，1962年获苏联莫斯科大学生物学博士学位，1980年至1981年在美国密执安州立大学及美国能源部植物实验室做访问学者，1995年当选为中国科学院士。主要从事光合作用的研究，是中国重点基础研究发展规划项目“光合作用高效光能转化的机理及其在农业中的应用”的首席科学家。

多年来，匡廷云院士为中国光合作用的发展做出了突出的贡献，在国内外光合作用研究领域产生重要影响，曾两次获得中国国家自然科学奖二等奖、中科院科技进步奖、中科院自然科学奖及省部级奖等多项奖励；被评为国家级有突出贡献的中青年专家、中科院优秀研究生导师，1999年被评为中科院“巾帼建功”先进个人和中央国家机关“巾帼建功标兵”。

记者：光合作用机理研究一直是自然科学的核心问题之一，也是生命科学研究的前沿领域和热点之一。您从上世纪60年代初期就开始从事光合作用的机理研究，当时我们国家的光合作用研究处于怎样的水平？您为什么会选定这个研究方向？

匡廷云：是的，我从上世纪60年代就开始了光合作用机理的研究，当时国内的研究条件很差，与国际水平相差很大。但我还是选择了这个“硬骨头”。主要是当时我认为光合作用机理的研究理论和实践意义非常重大，是自然科学、生命科学研究的前沿。

光合作用是植物的特有功能。光合作用合成的有机物、释放出的氧气，是包括人类在内的几乎所有生物生命活动所需能量和氧气的主要来源，放出的氧气是地球上氧气的重要来源。人类文明所需要的古生物燃料，无论是煤、石油、天然气都是古代植物直接和间接的产物。光合作用机理及调控原理的研究，不仅是重大的理论问题，而且与当今人类所面临的粮食、能源、资源和环境问题的解决都密切相关。正因如此，所以不管当时国内的条件有多差，与国际差距有多大，我都下决心要克服一切困难。

就这样开始了光合作用机理的研究，距今长达50多年。我们的团队克服了一个又一个困难，不断取得一个又一个进展，深深体会到其中的苦和乐。

内蒙草原燕麦饲料基地

记者：作为唯一的女性，您成为第一批“973”计划的10位首席科学家之一，主持了“光合作用高效光能转化机理及其在农业中的应用”项目。您认为自己为什么会被选中？您在当时已经具备了怎样的能力与实力？

匡廷云：1998年，我们看到了第1批“973”计划的指南，这是我国建国以后，国家实施的支持强度最大的国家基础研究发展规划项目。当时深受鼓舞，渴望能在自己的研究领域为国家科学发展作出重要贡献。时代的使命感、责任感迫使我们一定要努力去争取“973”项目。

光合作用机理研究既是重大的科学问题，又具有明确国家目标，而我们也已有相当的研究基础，所以我们敢于挑战。当时，我们在光合膜结构与功能研究方面的成果已获得了国家自然科学二等奖。改革开放后，我有机会到美国开展合作研究，从美国归国后，已具有相当的国际视野，我毅然决定自己牵头。

在院所的领导下，我们组织了中国国内生物学、物理学、化学及农学等一级学科的大跨度交叉合作，共组织了18个有关研究所和院校约200个科研人员参加，共同申报了“光合作用高效光能转化机理及其在农业中的应用”。通过函评、会评，终于从200多个项目中脱颖而出的10个项目之一。经过5年的研究，在国际竞争激烈、难度相当大的光合作用分子机理及调控原理研究领域取得了一系列突出成果。结题时，项目被科技部评为“优秀”，受到表彰，相关成果也在国内外产生了重要影响。

记者：您在光合作用机理研究过程中取得了哪些有分量的成果？它产生了怎样的影响和意义？

匡廷云：在我长达半个多世纪的科研生涯中，主要集中精力系统深入的开展了光合膜蛋白超分子复合体的结构与功能研究。我的团队和合作者通力合作，取得了本领域多次重大突破，在国际上产生了重要影响，奠定了我们在国际上的重要地位。

2004年3月，我的团队与生物物理所常文瑞院士团队合作在Nature上以主题论文的方式发表长文——《菠菜主要捕光复合物LHCII 2.72Å分辨率的晶体结构》，且研究成果中的LHCII晶体被选作当期杂志的封面照片（Liu Z. et al. Nature 2004，428，79）。该成果成功超越了德国等发达国家的研究，被国际同行评价为国际光合作用研究领域的重大突破。成果被选为2004年中国科学十大进展之一，获国家自然科学二等奖。

我们长期系统地研究了光合作用光系统I的超分子复合物（PSI）的分离纯化及功能。2015年，沈建仁教授和我的团队在国际上率先在原子水平解析了PSI的空间结构，并于2015年5月在Science期刊以长文形式作为封面文章发表（Qin X. et al. Science 2015，348:989-95），成功超越了以色列等发达国家的研究。Science期刊评委给予高度评价，认为这是一项里程碑的工作，体现了最高的专业水平。成果被评为2015年中国生命科学领域十大进展之一。

今年1月，沈建仁教授和我的团队又一次在国际上首次解析了硅藻特有的捕光天线色素蛋白复合体的空间结构，获得1.8Å的晶体结构。成果于2月8日在Science期刊上以长文形式发表（Wang W. et al. Science 2019，363，598）。

以上光合膜色素蛋白超分子复合物结构的解析，能为最终揭示光合作用高效转能的机理提供坚实的结构基础，同时能为提高作物光能利用效率、仿生模拟、开辟太阳能利用的新途径提供理论依据、新思想、新策略。

记者：近些年，您的精力主要投入在哪些方面？

匡廷云：这些年我的精力主要投入在以下几个方面。

首先我还在光合作用机理研究第一线，希望和中青年一起努力推进研究，培养他们，希望这一领域后继有人。光合作用的研究是一个永恒的课题，希望在光合作用的理论和实践两方面不断深入发展。

其次，我还希望把已有成果和积累的知识与相关产业相结合，推动相关产业的发展，比如光生物产业。植物工厂是光生物产业应用最重要的领域。

植物工厂是现代农业的最高形式，是生长环境条件全智能控制的植物高效生产系统。它是颠覆传统农业的新兴战略产业，不依赖阳光、土地，不受气候环境的制约，是解决未来人口与资源矛盾，保障国家粮食安全、食品安全及国际战略需要的全新途径。

中科院植物所发挥在光生物学领域的领先优势，与福建三安集团的LED光源研发优势相结合，共同打造了中科生物服务有限公司，推动植物工厂的产业化。现已建成世界已知最大的植物工厂，并投入商业运作，生产了优质、高产的安全蔬菜及高品质中药材等，并在国内外同步建设植物工厂 。

此外，我还协助有关年轻同志推进油用牡丹杂交构树，以及草牧业的产业化等研发工作。同时，我还参加不少科普及战略研讨活动。

记者：您曾说“学科的交叉，是创新的源泉”，跨学科思维带给您哪些科研上的启发？但基础研究又是一项“只有第一，没有第二”的工作，寂寞与压力并存，您如何排解？植物依靠太阳的能量发生光合作用，一直研究植物的您从哪里获取“能量”？您在科研路上的“太阳”是什么？

在桂林罗汉果基地调研

匡廷云：在我多年漫长的科研生涯中，能够取得国际上有重要影响的成果，主要得益于多学科的交叉和有机结合。我深受Wstson和Crick的影响。他们一个从生物学的角度，一个从物理学的角度，完美的有机结合，建立了DNA双螺旋分子结构模型，这是20世纪生命科学里程碑。基础研究只有第一，没有第二。在重大的科学问题面前，谁率先突破，谁就是第一。科学的竞争就是这样的激烈甚至残酷，但科学实践就是如此。

我们非常庆幸，我们生活在这个时代。改革开放以来，我们国家在各个方面取得如此伟大的成就，大家都在为实现中华民族伟大复兴的梦想而努力奋斗。我们从来没有像现在这样深刻的感到科学和技术与国家的前途和命运是如此的密切相关。我作为一个老的科学工作者，怎能不为之振奋，怎能不竭尽全力而奋斗！