光合作用与太阳能光生物转化及生物质能的研发

　　中国科学院植物研究所、中国科学院光生物中心重点实验室的匡廷云院士、卢从明和张立新研究员在《2010科学发展报告》上发表了题为“光合作用与太阳能光生物转化及生物质能源的研发”的文章，对光合作用与生物质能领域研究的重大战略意义、研究现状和主要进展作了较为详细的介绍。

　　文章首先深入分析了光合作用研究的重大战略意义。光合作用是地球上最大规模的利用太阳能把二氧化碳和水等无机物合成有机物并放出氧气的过程。它是地球氧气的主要来源。当今人类文明所需的化石燃料都是古代植物光合作用直接和间接的产物。自1772年发现光合作用以来，围绕光合作用的研究一直是国际竞争相当激烈的前沿科学领域之一，也一直是生命科学领域长盛不衰的研究热点。光合作用吸能、传能和转能的分子机理及其调控原理是光合作用研究的核心问题。作者指出，对光合作用能量传递和转化机理及其调控原理的揭示，对光合膜蛋白复合物空间结构解析，将可能使光合膜系统成为第一个在原子水平上，以物理和化学概念进行解释的复杂生物膜系统。该研究领域不仅本身具备重大的理论价值，还能跨越物理世界与生命世界的鸿沟，推进多个前沿领域的发展，为开辟21世纪的新兴产业提供理论依据和科学技术信息。综上，作者认为在这一科学前沿领域内，在我国光合作用研究取得优异成果的基础上，进一步组织多学科交叉，有机结合，优势互补，不失时机地开展研究，有望在短期内取得在国际上具有重要影响的成果，在若干方面取得国际领先的地位，并能为在农业、生物质能源中的应用作出重大贡献，为经济发展提供强大的推动力。

　　文章随后介绍了国际生物质能的发展现状。美国高度重视生物质能研发，提出未来10年政府投入1500亿美元带动可再生能源的开发，并于2009年拨款10亿美元作为生物质能研发经费。美国生物质能研发的内容非常广泛，非常重视提高光能利用效率的研究。欧盟是最重视环保和锐意开发新能源的发达国家，其中瑞典、德国等国在可再生能源利用方面走在前列。欧盟一直重视生物质能的研发，已实行了7个框架计划，其生物柴油的产业化是全球规模最大的。巴西则是发展中国家最重视生物质能利用的，其经验很值得我国借鉴。

　　文章接着讨论了发展生物质能对于我国的重大战略意义。这表现在三个方面：（1）我国面临能源短缺的严峻形势，必须及早改善能源消费结构；（2）清洁燃料的供应能力密切关系着国民经济的可持续发展；（3）生物质能的开发将成为解决“三农”问题的有效途径之一。目前我国生物质能发展虽在沼气利用上有了显著成果，但整体尚未形成战略产业。为此，必须占领科学及技术的制高点，开发有自主知识产权的核心技术。

　　作者认为，要发展生物质能，必须首先突破生物资源量的瓶颈，保证生物质资源的供应。这里关键是要在立足本国土地资源、保证粮食安全的前提下建立稳定的能源植物产业基地。如何提高对太阳能生物转化的机制的认识，则是利用光合作用进行太阳能光生物转化的科技与产业的关键问题之一。同时，要走具有中国特色的生物质能源可持续发展道路。

　　最后，文章简要介绍了一些相关成果。主要成果包括：（1）陆生能源植物资源研究取得明显进展；（2）藻类产氢研究取得新进展；（3）生物柴油研究领域获得新思路；（4）太阳能生物光电池已经起步。（摘自中国科学院“科学发展报告”课题组撰写的《2010科学发展报告》）