植物是如何“吃撐”的?
當(dāng)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(diào)節(jié)自身機(jī)構(gòu)從而盡可能高效地捕獲和利用光能。
但是當(dāng)光照過強(qiáng),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(jìn)行,降低光合作用效率,在這個過程中會產(chǎn)生各種各樣的活性氧,這些活性氧可在生物膜的不同位點(diǎn)催化膜脂過氧化反應(yīng)的發(fā)生并分解光合色素,對光合作用反應(yīng)中心、光合膜和光合色素產(chǎn)生傷害,從而進(jìn)一步抑制光合作用的進(jìn)行。
如果這種強(qiáng)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(qiáng)光的脅迫下,植物并不是毫無還手之力,植物在長期的進(jìn)化過程中,為了適應(yīng)多變的生長環(huán)境,形成多種耗散過剩光能以避免遭受破壞的保護(hù)機(jī)制。
1、植物形態(tài)結(jié)構(gòu)強(qiáng)光下植物存在一系列形態(tài)和結(jié)構(gòu)上的保護(hù)措施,以此來減少光能的吸收。
如強(qiáng)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(fā)現(xiàn)陽生植物葉片質(zhì)地較厚,并且葉面往往有角質(zhì)層或蠟質(zhì)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(xì)胞中是會移動的,當(dāng)強(qiáng)光照射時,葉綠體會排列在光線射來的平行方向,以減少強(qiáng)光的傷害。
2、光呼吸光呼吸就是綠色植物在照光條件進(jìn)行的呼吸作用,在消耗光合產(chǎn)物的同時并不生成能量ATP,從而使光合產(chǎn)物被白白地耗費(fèi)掉,并且它明顯減弱光合作用、降低作物產(chǎn)量,因此曾經(jīng)被認(rèn)為是一個無效的耗能過程。
但隨著科學(xué)研究的深入發(fā)現(xiàn),光呼吸其實(shí)對細(xì)胞有著很重要的保護(hù)作用。
在強(qiáng)光照下,由光激發(fā)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(hù)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(fā)態(tài)葉綠素,這種高能量的葉綠素就會想辦法恢復(fù)到低能量狀態(tài),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(xué)猝滅(NPQ)。
它是一種可以快速切換的機(jī)制,以熱能的形式耗散吸收的光能,還可減少活性氧的產(chǎn)生,從而保護(hù)植物免受強(qiáng)光照射造成的光損傷。
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