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植物不受阳光的伤害自己如何保护

类别: 学院, bt365手机新闻, 研究

这项研究揭示了一个机制,植物可以用它来消耗过剩的太阳光热。

植物,阳光可以是一把双刃剑。他们需要它来驱动光合作用,使他们能够储存太阳能作为糖分子的过程中,但过多的阳光会脱水,损害它们的叶子。

这主要策略用来保护植物免受光损伤自己的这一种是消耗多余的光热。但是,迄今为止,很多讨论过在植物卫生组织如何实现这一目标,过去的几十年。

“在光合作用过程中,捕光复合扮演两个看似矛盾的角色。他们吸收能量来驱动光合作用和水分解,但在同一时间,还有当太多的精力,他们必须能够同时摆脱它,说:“ 加布里埃拉schlau - 科恩,托马斯d。和弗吉尼亚W上。在bt365手机化学卡博特职业发展助理教授。

在一项新的研究,schlau - 科恩和他的同事在bt365手机,帕维亚大学,以及维罗纳大学直接观察到,首次,可能的机制之一已经提出了植物如何消耗能量。用于高度敏感的光谱类型,以确定过剩能量的研究人员从叶绿素转移,留下给出了它们的绿色颜料,给其他颜料称为类胡萝卜素,然​​后可以释放能量作为热量。

“这是叶绿素对类胡萝卜素在捕光复杂绿色植物的能量传递的第一个直接观察,” schlau - 科恩,谁是这项研究的首席作者。 “这是最简单的建议,但没有人能够找到ESTA光物理途径直到现在。”

bt365手机minjung是研究生是研究的主要作者,这在当今出现 自然通讯。塞缪尔·戈登其他作者是'18,pinnola阿尔伯塔帕维亚大学,在意大利和维罗纳大学的罗伯特·巴斯的。

多余的能量

当阳光照在植物,被称为捕光复合专业蛋白质吸收光能以光子的形式,与叶绿素颜料如的帮助。这些光子带动生产的糖分子,其中的能量储存以备后用。

以前的很多研究表明,植物能够适应快速变化的太阳光强度。在很阳光的条件下,它们将只有大约可用的太阳光转化成糖的30%,而其余的作为热量散发。如果这多余的能量被允许在植物细胞中仍然存在,它会创建有害分子称为自由基能破坏蛋白质和其他重要的细胞分子。

“植物可以摆脱额外的能量的响应在太阳强度的快速变化,但是,什么是光物理那条路已经-已经争论了几十年” schlau-Cohen说。

植物是如何被去掉这11个额外光子是光收获复杂,吸音减震其中最简单的假设,叶绿素将它们传递到所谓的类胡萝卜素分子附近。类胡萝卜素,番茄红素和β-其中包括胡萝卜素,是在通过快速振动去除多余的能量非常好。他们是免费而且熟练的自由基,有助于细胞防止损坏拾荒者。

在细菌同类型的能量传递已经观察到,涉及到蛋白质的叶绿素,但是到现在为止,这还没有看到在植物中。原因之一是过气难以观察它ESTA发生时的现象是非常快的时间尺度(飞秒,或第二的quadrillionths)。这是另一个障碍的能量传递跨越了广泛的能级。直到最近,遵守现行的方法可以ESTA只处理可见光频谱的一小措施大片。

在2017年,schlau - 科恩的实验室开发了一种修改的飞秒光谱技术看,让他们在更广阔的范围内的能级,跨越红淡蓝色。这意味着ESTA他们之间的叶绿素显示器能转移,吸收红光,和胡萝卜素,能吸收蓝光和绿光。

在这项研究中,研究人员使用的技术,以显示ESTA,从激发态移动,这是分布在多个叶绿素分子在一个捕光复杂,类胡萝卜素分子附近内复杂的光子。

“通过扩大频谱带宽,我们看蓝色和红色的范围之间的连接可能,使我们能够绘制出的能量水平的变化。你可以从一个兴奋的能量状态移动到另一个看,“schlau-Cohen说。

十一类胡萝卜素接受多余的能量,其中大部分是他们释放它作为细胞热,光致预防损伤。

提高作物产量

研究人员在两个不同的他们的环境进行的实验 - 在其中是在洗涤剂溶液中的蛋白质,和一个在它们被嵌入在叫纳米碟一种特殊类型的自组装膜。他们发现,在纳米圆盘发生的能量传递更迅速,这影响能量消耗率的环境条件。

它仍然是一个谜阳光触发器过剩在植物细胞ESTA机制究竟如何。 schlau - 科恩的实验室目前正在探索是否叶绿素和类胡萝卜素在叶绿体的组织膜,激活光保护系统发挥作用。

更好地了解植物的“自然光保护系统可以帮助科学家开发新的方法来改善提高作物产量,schlau-Cohen说。伊利诺伊大学的研究人员2016纸由高产这一切都在所涉及光保护蛋白质,作物产量可以提高15%〜20%提高表现为。这纸生产还建议,可以进一步提高到约30%的理论最大值。

“如果我们理解这一机制,上调而不是仅仅的一切,得到15%至20%,才能真正优化系统,并获得理论最大的那30%,” schlau-Cohen说。

这项研究是由美国资助能源部。