對(duì)于光合生物而言，光，毫無疑問，是生命之源。

　　借助光，光合生物(本文以植物為主要敘述對(duì)象)將環(huán)境中的二氧化碳?xì)怏w轉(zhuǎn)化為自身的有機(jī)物，供自身生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖;借助光，光合生物將光能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能，為體內(nèi)的各種生物化學(xué)反應(yīng)提供能量。

　　那么光對(duì)于光合生物而言，是百利而無一害的存在嗎?不是的，光照強(qiáng)度過大時(shí)，光合色素?zé)o法及時(shí)將捕獲的光能轉(zhuǎn)化，過剩的光能會(huì)對(duì)植物的光合細(xì)胞發(fā)起攻擊，對(duì)植物造成巨大的損害，也會(huì)降低植物細(xì)胞原本的光合速率。

　　當(dāng)然，植物本身并不會(huì)坐以待斃，植物的光合色素會(huì)發(fā)生一系列的變化以應(yīng)對(duì)過量光照的損傷，這也是我們今天的主角——光保護(hù)機(jī)制。

　　圖源：光合生物光抑制現(xiàn)象與光保護(hù)措施(扆珩、楊文強(qiáng)，2023)

　　正如上圖所示，光照強(qiáng)度過大(即高光脅迫)時(shí)，植物會(huì)調(diào)整葉片和葉綠體的朝向，同時(shí)改變光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ的構(gòu)象減少對(duì)光能的捕獲，自然，就在一定程度上減少了光能過剩的情況。

　　圖源：植物光保護(hù)機(jī)制的解析(黃建華、朱燕，2025)

　　但是，即使如此，仍舊無法完全避免光能過剩的發(fā)生，此時(shí)，光合細(xì)胞內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生一系列的生物化學(xué)反應(yīng)自救。其中，作為捕獲光能并將其轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的主力軍——光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)，率先給出了自己的答卷——將過剩的光能消耗掉，自然就可以避免過剩的光能對(duì)自身細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能的損害。而這個(gè)過程，又主要是以熱的形式耗散光能。

　　如此，在光照強(qiáng)度過強(qiáng)時(shí)，植物也可以在一定程度上避免光脅迫的發(fā)生，在強(qiáng)光之下保全自身。

　　圖源：光合生物光抑制現(xiàn)象與光保護(hù)措施(扆珩、楊文強(qiáng)，2023)

　　然而，光系統(tǒng)Ⅱ的這一舉措，在光照強(qiáng)度特別強(qiáng)時(shí)，也會(huì)承受嚴(yán)重的光脅迫，無力反抗。在過剩光能的破壞下，細(xì)胞內(nèi)會(huì)產(chǎn)生過量的活性氧，這些活性氧會(huì)破壞各種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)以及生物膜，造成惡性循環(huán)。

　　為了應(yīng)對(duì)這一現(xiàn)象，植物光合細(xì)胞內(nèi)會(huì)清除過量的活性氧、受損的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，并且將光系統(tǒng)Ⅱ受損的部位降解、合成新的蛋白質(zhì)并組裝，從而達(dá)到修復(fù)光系統(tǒng)Ⅱ的目的。

　　以上的一系列反應(yīng)，都是光保護(hù)機(jī)制的一部分。只是，雖然有光保護(hù)機(jī)制保駕護(hù)航，當(dāng)植物長(zhǎng)期處于光脅迫環(huán)境時(shí)，自身光合作用的速率仍舊會(huì)受到負(fù)面影響。合適的光照強(qiáng)度才是植物茁壯生長(zhǎng)最有效的靈丹妙藥。

　　本文作者：廈門大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院2025級(jí)本科生趙紫云。

　　本文由海洋負(fù)排放(ONCE)國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃、廈門大學(xué)碳中和創(chuàng)新研究中心支持。

責(zé)編：微科普