每年盛夏的三亚，正午骄阳普照大地，田间水稻常在 12 点至 14 点钟时集体光合效率大幅度下降。这并非缺水，而是困扰科学界百年的作物“午睡”现象——强光高温下光合作用骤降，相关研究证实，作物“午睡”现象会造成农作物约30%的产量损失。
2026 年 6 月 18 日，国际顶级期刊《Cell》在线发表了来自中国的突破性成果：崖州湾国家实验室主任、中国科学院院士李家洋团队历经十年跨学科攻关，精准捕获调控该现象的 MBS1 蛋白，证实其构建的 “叶绿体防晒盾”（一种光保护蛋白屏障）可使水稻增产10%—40%。这意味着，我国在冲击作物高光效高产“理论极限”的道路上，迈出了关键一步。
李家洋在实验田里察看水稻长势。
■ 溯源——十年磨剑，锁定“午睡”开关
“就像人在高温强光下工作会中暑，作物中午‘午休’，本质是超出了自身光合系统的承受极限。”李家洋解释。
所谓“午睡”，是正午强光高温环境中，水稻等农作物光合作用显著下降的生理应激反应。强烈日光产生过量单线态氧，极易损伤叶绿体，造成每日数小时的生产停滞。研究表明，该现象在某些条件下可导致近30%的产量损失，是长期制约粮食增产的核心科学难题之一。
自20世纪初被发现以来，“午睡”如同悬在农学家头顶的“达摩克利斯之剑”。20 世纪 80–90 年代，中国科学院院士匡廷云、李振声、沈允钢等开展小麦午睡现象的生理研究，但受限于技术手段，学界长期停留在“事后修补”的思路——等待叶绿体被强光产生的单线态氧损伤后再启动修复，始终未能触及深层分子机制。
“这些年来，全球科学家都在尝试破解，有的靠栽培调控，有的靠传统育种，但都难以突破。”李家洋说，“我们发现的，是自然界自身存在的一套高级、智能且精妙的调控系统——不等叶绿体受伤，而是在感知到强光的第一时间，主动构建一层蛋白质‘防护服’，从源头阻断损伤。”
李家洋在攻读博士学位期间主攻光生物学，对植物光合作用研究兴趣颇深。2016年，青年科学家邵宁加入他在中国科学院遗传发育所的实验室，让光生物学这一研究方向正式“启航”。当年起，团队锁定一个名为MBS1的微小蛋白，开启了一场“十年磨一剑”的基础研究攻坚。
“前三年，我们连蛋白结构都解不出来。”李家洋回忆，MBS1蛋白两侧的无序区域难以常规结晶，传统手段无法捕捉其三维构象。团队最终联合中国科学院生物物理所，借助核磁共振技术，耗时三年才解析出其精细结构。
更关键的突破接踵而至：研究发现，在强光照条件下，MBS1蛋白会发生液—液相分离（“相变”），从游离状态聚集成液滴状凝聚体，在叶绿体表面形成一层类似“防护盾”的蛋白质涂层。这层“盾牌”并非简单阻挡光线，而是通过散射作用大幅削减透射光强度——既避免强光灼伤光合机器，又保留足够光能维持光合作用持续进行，相当于让作物实现“全天候开工”。
■ 实践——跨区试种，交出高产答卷
理论跑通只是上半场，大田里的硬核验证才是农民的定心丸。近几年来，团队将试验田从黑龙江一路铺到海南，覆盖从温凉到高温强光的多种气候类型，仅大田验证就历时四年。
为贴近生产实际，团队选用主栽品种“稻花香”作为底盘材料，在北京、吉林、黑龙江、海南四个纬度区域同步开展试验。
结果令人振奋：在光热相对温和的东北地区，搭载MBS1机制的品种增产约10%—15%；在北京等中度地区，增产跃升至20%—30%；而在海南三亚这类常年强光高热的“午睡重灾区”，增产幅度最高可达40%，且稻米品质未受影响。
“从东北到海南，光照强度差异巨大，但增产效果一致显著。”李家洋说。更令人惊喜的是超表达株系提前 10 天开花成熟。“农业生产中长期存在‘早熟不高产’的权衡难题，这一发现为打破瓶颈提供了全新思路。”
消息传来，令三亚的科研人员振奋不已。长期研究水稻的海南省农垦科学院集团有限公司水稻课题组负责人王榕宁认为，MBS1蛋白的发现直击要害：“过去海南正午强光下，水稻叶片气孔关闭以减少水分蒸腾，二氧化碳吸收受阻，光合作用显著受抑。MBS1蛋白能通过应激变形保护叶绿体，相当于加了一层‘防护服’，让水稻在正午也能高效利用强光。”
海南省农垦科学院集团有限公司科研助理许其云认为，该机制为常规育种提供了明确的生理选择指标：“育种家可据此大规模筛选优异自然变异，或通过分子标记辅助选择，将高光效特性导入骨干亲本，使新品种在强光下稳定增产10%—40%。”此外，常规育种应发挥群体大、适应性广、易推广的优势，结合简易生理测定或分子标记辅助选择，精准鉴定后代，同时注重株型与灌浆协同优化，缩短育种周期，让这一基础研究成果真正转化为农民手中的高产稳产品种。
■ 展望——由点到面，筑牢大国粮仓
目前，这项成果的落地应用仍在加速推进。李家洋团队已着手针对西南丘陵、黄淮海平原等不同生态区细化适配方案，试图让这张蛋白“防晒网”覆盖更广国土。
李家洋坦言，技术转化仍需攻克多重挑战：“不同品种遗传背景各异，MBS1蛋白的表达效果和对光合作用的防护作用也不尽相同。我们需要系统研究其在不同品种、不同区域的响应规律，明确最佳应用策略。”下一步，团队将重点探索强光信号触发MBS1蛋白相变的精确机制，解析早熟与高产协同调控的网络，并加快在水稻、玉米、大豆、油菜等主要粮油作物上的验证与推广。
2022年崖州湾国家实验室成立后，李家洋院士团队整体入驻三亚，依托实验室作为创新“总平台”、产业链“链长”的组织优势，联合遗传学、光学、栽培学等多领域专家协同攻关。“这项研究横跨生理、物理、化学、遗传多个学科，没有大团队协作根本无法完成。”李家洋表示，这正是国家实验室的核心价值——集中力量办大事，打通“基础研究—关键技术—产业应用”的创新链条。
“基础研究是整个科学体系的源头，是解决所有技术问题的总开关。”李家洋表示，作物“午睡”机制的破解，相当于找到了植物高产的“发动机”，为应对全球气候变化、培育耐高温高光的高效作物品种提供了核心靶点。
随着全球气候变暖导致极端强光频发，这项原始创新正从实验室走向千万亩沃野。当百年难题在中国南海之滨迎来关键转折，作物不再“午睡”的每一寸田间，都将为大国粮仓增添更饱满的底气。
原标题：
向光要粮破百年难题 三亚科创赋能水稻高产
李家洋团队十年攻关 解锁作物“午睡”增产密码
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把论文写在热浪滚滚的稻田里
作物“午睡”，一个困扰科学界百年的老问题，如今在中国南海之滨迎来突破性进展。李家洋院士团队历经10年攻关，在《Cell》发表重磅成果，成功捕获调控作物“午睡”的MBS1蛋白。这不仅是基础研究的重大原创，更是落实“藏粮于技”战略、端牢中国饭碗的生动实践。
李家洋在实验室里和团队成员交流。 张慧膑 摄
从黑龙江到海南岛，团队用4年大田试验交出了一份沉甸甸的“增产答卷”：最高增产40%，且能兼顾早熟与优质。这证明，我国科学家有能力从纷繁复杂的生命现象中，找到那把解开产量密码的“金钥匙”。MBS1蛋白构建的“叶绿体防晒盾”，变被动修复为主动防御，标志着我国作物高光效研究已跻身世界领跑行列。
粮食安全是“国之大者”。当前，全球气候变暖导致极端高温频发，给农业生产带来严峻挑战。这项从“0到1”的突破，为应对气候变化提供了核心技术方案。特别是崖州湾国家实验室这一国家战略科技力量的加持，通过多学科交叉、大团队协作，打通了“基础研究—关键技术—产业应用”的创新链条，展现了新型举国体制的强大优势。
展望未来，从实验室到田间地头，从单点突破到全局丰收，还有很长的路要走。期待科研团队继续深化研究，加快在玉米、大豆等粮油作物上的推广应用，让这张蛋白“防晒网”覆盖更广阔的国土，让更多“中国种”长出“中国粮”，为大国粮仓增添更饱满的底气。
（三亚传媒融媒体记者 张慧膑）
