植物是如何“吃撐”的?
當光照較弱時,植物無法獲取足夠的光能來滿足自身需求,就會通過調節自身機構從而盡可能高效地捕獲和利用光能。
但是當光照過強,例如在晴天中午,植物中葉綠體捕獲到的光能超過光合作用所能利用的量,此時過剩的光能就會讓植物“吃撐”。
“吃撐”的后果?
過剩的光能會阻礙光合作用的進行,降低光合作用效率,在這個過程中會產生各種各樣的活性氧,這些活性氧可在生物膜的不同位點催化膜脂過氧化反應的發生并分解光合色素,對光合作用反應中心、光合膜和光合色素產生傷害,從而進一步抑制光合作用的進行。
如果這種強光是長時間的,那么造成的這些傷害也將是不可逆的,在外界看來,可以明顯觀察到綠色葉片失綠變焦枯。
“吃飽了撐著”怎么辦?
“物競天擇,適者生存。
”在強光的脅迫下,植物并不是毫無還手之力,植物在長期的進化過程中,為了適應多變的生長環境,形成多種耗散過剩光能以避免遭受破壞的保護機制。
1、植物形態結構強光下植物存在一系列形態和結構上的保護措施,以此來減少光能的吸收。
如強光時,葉懸掛角與葉柄角均變大,葉片呈向下傾斜狀,以減少光能截獲量。
對比陽生植物和陰生植物的葉片,很明顯可以發現陽生植物葉片質地較厚,并且葉面往往有角質層或蠟質層,甚至還有葉毛,這些都會增加對光的反射,從而減少光的吸收。
另外很有意思的是,葉綠體在細胞中是會移動的,當強光照射時,葉綠體會排列在光線射來的平行方向,以減少強光的傷害。
2、光呼吸光呼吸就是綠色植物在照光條件進行的呼吸作用,在消耗光合產物的同時并不生成能量ATP,從而使光合產物被白白地耗費掉,并且它明顯減弱光合作用、降低作物產量,因此曾經被認為是一個無效的耗能過程。
但隨著科學研究的深入發現,光呼吸其實對細胞有著很重要的保護作用。
在強光照下,由光激發的高能電子會傳遞給氧氣,形成的超氧陰離子自由基對光合膜有傷害作用,而光呼吸可消耗高能電子,降低超氧陰離子自由基的形成,從而保護葉綠體。
3、熱耗散植物吸收光能后會形成高能量的單線激發態葉綠素,這種高能量的葉綠素就會想辦法恢復到低能量狀態,辦法之一就是以熱能的形式耗散損失,而這種因熱耗散形成的熒光淬滅就被稱為非光化學猝滅(NPQ)。
它是一種可以快速切換的機制,以熱能的形式耗散吸收的光能,還可減少活性氧的產生,從而保護植物免受強光照射造成的光損傷。
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