大洋中的光合作用

大洋中的光合作用

地球上的初级生产力(即二氧化碳转化为有机物质)为水陆中的食物生产提供动力来源.约一半二氧化碳的固定作用发生在海洋里,主要是通过一种叫蓝细菌的浮游植物来完成.近期有研究报告揭示了一个关键性特征:生氧光合作用是变化的,不会从二氧化碳的固定中结合氧气.

生氧光合作用期间,在2个多蛋白质反应中心或光合系统通过直线电子转移捕捉能量,同时在光合碳循环中将二氧化碳转化为糖分.在理想状态下,同等的直线电流反应器可以按化学计量组成推算出氧气的产生量和二氧化碳的固定量,不需要其他的方法.氧气的产生量和二氧化碳的固定量可以估算出初级生产力,因此,荧光强度的波动可以直接表征光合系统间的电子转移速率.

通用的方法包括Mehler反应法,即电子围绕光系统I(PSI)联合体循环,通过氧化细胞色素使氧气浓度降低,从而形成水和ATP.质体末端氧化酶(PTOX)方法在光系统II(PSII)后部提供一个电子阀,以避免制造ATP时的光抑制和光系统损害.该电子阀通过PSI,拆开PSI和PSII的活性,改变了产生氧气和固定二氧化碳的化学计量组成.

光合作用受到各种环境因素影响.在海洋中,很多因素决定了有机体将光能转化为化学能固定碳的效率,包括温度、光照时间和强度以及营养物可利用度.海洋中营养物和微量元素浓度很低,尤其是电子,电子限制了海洋中大部分地区的光合作用.

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