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每日观察!植物“吃”多了也会“撑”

来源：科普中国

俗话说的好“人是铁，饭是钢，一顿不吃饿得慌。”这话对于植物来说同样适用，和人一样，它们会向外界获取“食物”来满足自身生长发育。

植物的基本“食物”包括光照、空气和水等，其中光照是绿色植物生长最关键的“食物”。


(资料图)

植物是如何获取并利用这种“食物” ？

捕获光照的小能手就是绿色叶片细胞中小小的叶绿体。

在叶绿体中的内囊体膜上，有两种色素分子：聚光色素和反应中心色素。其中聚光色素没有光化学活性，但是它能够收集光能，就像漏斗一样把光能聚集起来，然后传到反应中心色素，完成由光能到电能再到活跃化学能的转换，在植物体内有两种系统进行光能吸收，分别是光系统I（PSI）和光系统II（PSII）。

这些活跃的化学能在叶绿体基质中被用来进行碳同化作用，将二氧化碳还原成糖类等有机物。总的来说，光合作用就是将光能转化为稳定的化学能贮存于体内，同时释放氧气的过程,对植物的生长、发育具有极其重要的作用。

植物是如何“吃撑”的？

当光照较弱时，植物无法获取足够的光能来满足自身需求，就会通过调节自身机构从而尽可能高效地捕获和利用光能。但是当光照过强，例如在晴天中午，植物中叶绿体捕获到的光能超过光合作用所能利用的量，此时过剩的光能就会让植物“吃撑”。

“吃撑”的后果？

过剩的光能会阻碍光合作用的进行，降低光合作用效率，在这个过程中会产生各种各样的活性氧，这些活性氧可在生物膜的不同位点催化膜脂过氧化反应的发生并分解光合色素，对光合作用反应中心、光合膜和光合色素产生伤害，从而进一步抑制光合作用的进行。

如果这种强光是长时间的，那么造成的这些伤害也将是不可逆的，在外界看来，可以明显观察到绿色叶片失绿变焦枯。

“吃饱了撑着”怎么办？

“物竞天择，适者生存。”在强光的胁迫下，植物并不是毫无还手之力，植物在长期的进化过程中，为了适应多变的生长环境，形成多种耗散过剩光能以避免遭受破坏的保护机制。

1、植物形态结构

强光下植物存在一系列形态和结构上的保护措施，以此来减少光能的吸收。如强光时，叶悬挂角与叶柄角均变大，叶片呈向下倾斜状，以减少光能截获量。

对比阳生植物和阴生植物的叶片，很明显可以发现阳生植物叶片质地较厚，并且叶面往往有角质层或蜡质层，甚至还有叶毛，这些都会增加对光的反射，从而减少光的吸收。

另外很有意思的是，叶绿体在细胞中是会移动的，当强光照射时，叶绿体会排列在光线射来的平行方向，以减少强光的伤害。

2、光呼吸

光呼吸就是绿色植物在照光条件进行的呼吸作用，在消耗光合产物的同时并不生成能量ATP，从而使光合产物被白白地耗费掉，并且它明显减弱光合作用、降低作物产量，因此曾经被认为是一个无效的耗能过程。

但随着科学研究的深入发现，光呼吸其实对细胞有着很重要的保护作用。在强光照下，由光激发的高能电子会传递给氧气，形成的超氧阴离子自由基对光合膜有伤害作用，而光呼吸可消耗高能电子，降低超氧阴离子自由基的形成，从而保护叶绿体。

3、热耗散

植物吸收光能后会形成高能量的单线激发态叶绿素，这种高能量的叶绿素就会想办法恢复到低能量状态，办法之一就是以热能的形式耗散损失，而这种因热耗散形成的荧光淬灭就被称为非光化学猝灭(NPQ)。

它是一种可以快速切换的机制，以热能的形式耗散吸收的光能，还可减少活性氧的产生，从而保护植物免受强光照射造成的光损伤。

除了以上三种外，植物还有许多应对“吃撑”这种情况的措施，例如光系统II和光系统I之间的转换、活性氧清除系统等。

其实植物“吃撑”不是自愿的，“吃饱”了也只能无奈地继续，好在它可以通过自身各种防御机制来减少光能的吸收或者缓解“吃撑”后的难受，所以植物并没有想象中那么的“逆来顺受”。

关键词： 光合作用 高能电子 光合产物

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