藍(lán)藻類囊體膜的插圖。圖片來(lái)源：Luning Liu

利物浦大學(xué)的研究人員進(jìn)行的一項(xiàng)新研究揭示了古老的光合生物——藍(lán)細(xì)菌——如何進(jìn)化它們的光合機(jī)制并組織它們的光合膜結(jié)構(gòu)，以有效捕獲太陽(yáng)光和能量轉(zhuǎn)導(dǎo)。

由植物、藻類和藍(lán)細(xì)菌進(jìn)行的有氧光合作用為地球上的生命產(chǎn)生能量和氧氣，可以說(shuō)是最重要的生物過(guò)程。藍(lán)藻是最早可以進(jìn)行有氧光合作用并對(duì)地球大氣和初級(jí)生產(chǎn)做出重大貢獻(xiàn)的光養(yǎng)生物之一。

依賴光的光合作用反應(yīng)是由一組光合作用復(fù)合物和容納在稱為類囊體膜的特殊細(xì)胞膜中的分子進(jìn)行的。雖然一些研究報(bào)告了光合復(fù)合物的結(jié)構(gòu)以及它們?nèi)绾芜M(jìn)行光合作用，但研究人員仍然對(duì)天然類囊體膜如何構(gòu)建和進(jìn)一步發(fā)展成為藍(lán)藻細(xì)胞中的功能實(shí)體知之甚少。

光學(xué)顯微鏡的分類

關(guān)聯(lián)產(chǎn)品: 目鏡/物鏡

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反射顯微鏡的物體一般是不透明的，光從上面照在物體上，被物體反射的光進(jìn)入顯微鏡。這種顯微鏡經(jīng)常被用來(lái)觀察固體等，多應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域。在正置顯微鏡中，此類顯微鏡又稱作金相顯微鏡。 透射顯微鏡所觀察的物體是透明的或非常薄樣品，光可透過(guò)它進(jìn)入顯微鏡。這種顯微鏡常被用來(lái)觀察生物組織，按照樣品與物鏡的位置關(guān)系又可分為正置式與倒置式兩種。

由大學(xué)系統(tǒng)、分子與綜合生物學(xué)研究所的劉魯寧教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)了一種在細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中控制類囊體膜形成的方法，并使用最先進(jìn)的蛋白質(zhì)組學(xué)和顯微成像來(lái)表征類囊體膜的逐步成熟過(guò)程。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《?自然通訊》雜志上。

“我們對(duì)這些發(fā)現(xiàn)感到非常興奮，”劉教授說(shuō)?！拔覀兊?a href="/products/microscope/0-0-0-0-2129" title="研究" target="_blank" >研究描繪了光養(yǎng)生物如何產(chǎn)生并發(fā)展它們的光合膜，以及不同的光合成分如何結(jié)合并定位在類囊體膜中以進(jìn)行有效的光合作用——這是該領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的問(wèn)題?！?/p>

該研究的第一作者 Tuomas Huokko 博士說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)新合成的類囊體膜出現(xiàn)在稱為質(zhì)膜的外周細(xì)胞膜和預(yù)先存在的類囊體層之間。通過(guò)檢測(cè)類囊體發(fā)育過(guò)程中的蛋白質(zhì)組成和光合活性，我們還發(fā)現(xiàn)光合蛋白在空間和時(shí)間上得到了很好的控制，可以進(jìn)化并組裝成類囊體膜?！?/p>

新的研究表明，藍(lán)藻類囊體膜是一個(gè)真正動(dòng)態(tài)的生物系統(tǒng)，可以在細(xì)菌生長(zhǎng)過(guò)程中迅速適應(yīng)環(huán)境變化。在類囊體中，光合蛋白可以從一個(gè)位置擴(kuò)散到另一個(gè)位置，并形成功能性“蛋白質(zhì)島”，共同發(fā)揮高光合效率。

“由于藍(lán)藻進(jìn)行類似植物的光合作用，從藍(lán)藻類囊體膜中獲得的知識(shí)可以擴(kuò)展到植物類囊體，”劉教授補(bǔ)充說(shuō)。“了解自然光合機(jī)制如何在光養(yǎng)生物中進(jìn)化和調(diào)節(jié)對(duì)于調(diào)整和增強(qiáng)光合性能至關(guān)重要。這為在氣候變化和人口增長(zhǎng)的背景下可持續(xù)地提高作物光合作用和產(chǎn)量提供了解決方案。我們的研究也可能有益于仿生設(shè)計(jì)和人工光合裝置的產(chǎn)生，以實(shí)現(xiàn)有效的電子轉(zhuǎn)移和生物能源生產(chǎn)?！?/p>

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