曾斯劲:光和植物的亲密关系 | 中國報 China Press
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    曾斯劲:光和植物的亲密关系

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    小时候,我问过老师:“为什么我们人要吃饭,植物们不用而且不会死呢?”

    这是听起来不难解释,但却不是很好回答的问题。后来我在读小孩版的生物百科全书时才读到一个词叫做“生物基本营养类型”。基本营养类型听起来很玄,简单来说就是生物得取营养的方式,而这方式的分类法则是根据在过程中所使用的来源及方式来划分的。

    基本营养型来源分为三类:来自碳(如有机物或二氧化碳)、来自还原剂(生物里代谢路径的产物)或来自能量(如光能、化学能等等)。看起来很复杂?别担心,还有分类第二准则呢!那就是方式,而方式上的分类就简单多了:自己能产生营养的(Autotrophic自营)或必须摄取现成的养分的(Heterotrophic异营)。

    因此,基本生物类型的词都会以这两个分类法来结合。例如光能自养(Photoautotroph利用光能、自力产生营养)、化能异养(Chemoheterotroph利用化学物质、从别的生物那里得到养分)等诸多不同的组合。


    如果把光线进行分光并以不同波长具现化的话,就会发现光可以是七色的。

    那这些听起来复杂的基本营养型,是否就在我们的生活里?答案是:无处不在!人类本身的基本营养型就是化能异养。人类吃食物得到养分(养分是化学物质并提供能量),这些食物不是我们身体自产的(所以不是自养),是我们从周遭获取的(异养)。今天要跟你们讲解的主角——植物则是光能自养的代表。植物吸收太阳光(光能)进行光合作用,从而产出糖类如淀粉并储存于体内(自我生产食物)。

    那植物是如何自我产生食物的呢?植物跟这世界里大多数物种有个明显的区别,那就是它们拥有叶绿体 (Chloroplast),一个在植物和一些自营生物里都共有的细胞器(细胞里的器官的概念),主要作用是进行光合作用,叶绿体会从太阳光里捕获能量,并发生一系列化学反应,最终产生出糖类和释放氧气。此外,叶绿体也会在植物合成脂肪酸、氨基酸时发挥起作用。

    叶绿体也许是因为本身是绿色的而有此称号,然而叶绿体并不是因为本身就是绿色!叶绿体里有高浓度的叶绿素(Chlorophyll)。叶绿素的绿色,反射了光线里的绿色所产生的视觉效应。要解释光的颜色,就牵涉到一些对光的基本概念。

    我们眼睛所看到的光也许是无色的,但当光被色散系统进行分光以后,光就会以自身的波长或频率形成颜色。也许人的肉眼可以看到光的颜色是有限的,然而光被分光后,是有七种颜色的(如我们看到的彩虹那般)!

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    那这光谱跟叶绿体里的叶绿素又有什么关系呢?关系可大了!叶绿素主要要吸收的光是红光和蓝光,但却不会特地的吸收绿光。绿光会穿透叶绿素或甚至反射出去,导致人类肉眼看到植物时,都是绿绿的,而不是红红或蓝蓝的。

    如果你问我,植物只吸收红光和蓝光,它为什么不选绿光呢?其实植物也是可以吸收绿光的,科学家们甚至发现,吸收绿光的植物所做的光合作用效率比吸收红蓝光的还好。然而主要不利用绿光的原因是绿光所具有的能量太大,物极必反。能量越大,带来的热量(提升温度)也越大。如果植物持续吸收绿光,其本身可能会被绿光的高热量给烧焦了!因此,植物反而选择了红蓝光这类较低能量的光来进行光合作用。

    虽然大部分植物都喜好红蓝光,但这世界上还是有因为环境情况而长期用绿光的植物的!那就是水生植物,尤其是在较深地区的水生植物如水草、海带、海藻等。如果大家有在餐桌上吃过紫菜汤,紫菜也是海藻的一种。大家会发现,紫菜是比较深色且不是绿色的吧?这是因为在深水处的光线是极有限的,水生植物会尽可能利用能够吸收到的光线。这些水生植物很多都是暗色的,其中一部分的他们甚至拥有叶绿素之外的藻胆素(phycobilin)如藻红素(phycoerythrobilin)和藻蓝素(phycocyanon-ilin)。这些藻胆素可吸收除了红蓝光之外的光,包括绿光及橙黄光等。

    叶绿体虽小,但确是植物能够自我生产食物的重要法宝。

    此外,水生植物住在水里,就不会有陆生植物吸收了绿光会发生过热烧焦的问题。这所谓,环境逼使人改变吧!海藻在环境有限的光供应下,衍生出更多能精进光合作用的配置与方法。前些时日和友人在餐厅吃饭喝茶,友人说这龙井茶的味道也太“涩”了。我立马想到,是不是因为龙井茶叶的叶绿素太多,导致喝出涩涩的口感。后来我才发现是我错了,是我把太多龙井茶叶磨碎拿来泡茶了。我错怪你了叶绿体!

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