植物光合系统既要在多云或阴天低光照条件下保持高效捕光和传能效率，又要在正午强光持续照射下避免由此引发的氧化损伤即光保护。植物的光保护功能是将过剩的激发能以热的形式耗散掉。在自然环境中，太阳光的辐照强度可以在短时间内呈现出十几倍的涨落。当云的阴影遮蔽住受强光辐照的叶片后，叶片还会将光保护状态持续数分钟之久，然后才切换到捕光状态。理论计算表明，由于状态开关切换的滞后效应，可以导致20%的光能损失。
2016年，美国科学家通过遗传基因工程，获得开关恢复速率加快的突变株，发现其净光合效率比野生型增加约15% (Science, 2016,354,857)。
那么光合系统是如何调控蛋白质分子空间结构以快速响应环境光照条件的变化，实现低光照条件下高效能量传递及接近90%的电荷分离量子效率、并在强光照条件下快速切断传能通道进入光保护状态的？
这个问题困扰了科学家近半个世纪，对该问题的回答并阐明其微观机理对于分子育种以提高农作物产量具有重大的指导意义。
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心软物质物理实验室翁羽翔课题组，深圳湾实验室量子生物学、美国明尼苏达大学化学系高加力课题组和Gianlugi Veglia教授合作，应用超快时间分辨荧光光谱及脉冲升温(T-jump)-纳秒时间分辨中红外瞬态光谱结合全原子分子动力学模拟及量子化学计算，实验与理论密切配合，揭示了高等植物光系统II主要捕光天线蛋白色素复合物(Light Harvesting Complex II，LHCII)三聚体，作为蛋白质分子机器，是如何实现高效捕光和光保护功能间可逆切换的机理。
该研究表明，强光照射下的局部升温和光解水导致的光合膜囊腔侧酸度的增加所产生的驱动力，在微秒时间尺度内诱导LHCII蛋白质变构运动，导致捕光色素对叶黄素-叶绿素间的距离减小，发生叶绿素激发态被叶黄素分子淬灭的能量转移过程，由此将多余的激发态能量有效地转换成热能而耗散掉，从而实现了由高效捕光到激发态能量耗散状态间的快速切换。
这一分子机器的作用机理密切关联了光合系统外部环境条件(环境温度，水的蒸腾作用，光合膜的硬度)、内部分子层次动态结构变化、以及植物表观现象的因果关系，解决了光合体系如何可逆地实现由低光照条件下的高效捕光/传能功能切换到高光照条件下的光保护功能这一个核心科学问题。