大洋中的光合作用

地球上的初級(jí)生產(chǎn)力(即二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物質(zhì))為水陸中的食物生產(chǎn)提供動(dòng)力來(lái)源.約一半二氧化碳的固定作用發(fā)生在海洋里,主要是通過(guò)一種叫藍(lán)細(xì)菌的浮游植物來(lái)完成.近期有研究報(bào)告揭示了一個(gè)關(guān)鍵性特征:生氧光合作用是變化的,不會(huì)從二氧化碳的固定中結(jié)合氧氣.

生氧光合作用期間,在2個(gè)多蛋白質(zhì)反應(yīng)中心或光合系統(tǒng)通過(guò)直線電子轉(zhuǎn)移捕捉能量,同時(shí)在光合碳循環(huán)中將二氧化碳轉(zhuǎn)化為糖分.在理想狀態(tài)下,同等的直線電流反應(yīng)器可以按化學(xué)計(jì)量組成推算出氧氣的產(chǎn)生量和二氧化碳的固定量,不需要其他的方法.氧氣的產(chǎn)生量和二氧化碳的固定量可以估算出初級(jí)生產(chǎn)力,因此,熒光強(qiáng)度的波動(dòng)可以直接表征光合系統(tǒng)間的電子轉(zhuǎn)移速率.

通用的方法包括Mehler反應(yīng)法,即電子圍繞光系統(tǒng)I(PSI)聯(lián)合體循環(huán),通過(guò)氧化細(xì)胞色素使氧氣濃度降低,從而形成水和ATP.質(zhì)體末端氧化酶(PTOX)方法在光系統(tǒng)II(PSII)后部提供一個(gè)電子閥,以避免制造ATP時(shí)的光抑制和光系統(tǒng)損害.該電子閥通過(guò)PSI,拆開PSI和PSII的活性,改變了產(chǎn)生氧氣和固定二氧化碳的化學(xué)計(jì)量組成.

光合作用受到各種環(huán)境因素影響.在海洋中,很多因素決定了有機(jī)體將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能固定碳的效率,包括溫度、光照時(shí)間和強(qiáng)度以及營(yíng)養(yǎng)物可利用度.海洋中營(yíng)養(yǎng)物和微量元素濃度很低,尤其是電子,電子限制了海洋中大部分地區(qū)的光合作用.

朱永青 譯自《Science》, November 13:945～946 (2009)