矿物增强生物光合作用理论与应用研究取得新突破

鲁安怀; 杜逸飞; 方谦; 丁竑瑞; 李艳

doi:10.13745/j.esf.sf.2024.12.122

地学前缘 ›› 2025, Vol. 32 ›› Issue (1) : 466 -469. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.12.122

原创新成果与总结

矿物增强生物光合作用理论与应用研究取得新突破

鲁安怀 ¹ ,
杜逸飞 ¹ ,
方谦 ² ,
丁竑瑞 ¹ ,
李艳 ¹

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Mineral-enhanced biological photosynthesis: New breakthroughs in theory and application

Anhuai LU ¹ ,
Yifei DU ¹ ,
Qian FANG ² ,
Hongrui DING ¹ ,
Yan LI ¹

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摘要

光合作用是决定农作物产量的首要关键因素,当前农作物的光合作用效率对日光能的利用率仅为2%左右,影响粮食蔬菜等作物产量。《地学前缘》面向世界科技前沿,面向经济主战场,跟踪我们系列科研成果近三十年。近年来,围绕矿物增强生物光合作用这一原创性国际前沿科研成果,及其在解决农业增产提质这一国际难题的突破性应用成果开展了连续报道。我们最近研究进一步证实植物叶绿体中锰簇物质(Mn₄CaO₅)与地表矿物膜中水钠锰矿具有起源关系和成因联系,在光催化裂解水功能上具有异曲同工之处。矿物红外发射光谱特性能够影响水功能,促进光反应裂解水的作用。植物经典光合作用仅限于叶绿体中锰簇物质对可见光部分波段的吸收转化作用,叶绿体外的矿物非经典光合作用可拓展功能水对太阳光波谱利用范围,即通过改变灌溉水功能实现对太阳能利用效率的提升,开拓了提高植物光合作用效率的崭新途径。据此提出“矿物-水-光合作用”国际原创技术,田间试验农作物普遍增产达20%~50%,显著提升多种农作物产量和品质。这是自然界矿物通过影响水功能以促进生物光合作用的创新案例。