花青素在遮荫环境中对植物光合的影响：竞争还是共存？

为探究花青素在遮荫环境是否影响叶绿素吸光，研究以彩叶草为模型，发现其影响光合参数但不阻碍植物发育。

　　众所周知，花青素（anthocyanins）能够保护光合机构免受强光伤害。然而，在遮荫条件下，花青素可能会与叶绿素（chlorophylls）竞争，限制叶绿素对光的吸收。因此，这项研究旨在验证在遮荫环境中，花青素是否会损害叶绿素对光的吸收。为此，研究人员选用了两个品种的彩叶草（Solenostemon scutellarioides (L.) Codd）作为研究模型。其中一个品种的叶片会积累花青素，而另一个品种则不会。研究人员将这些植物分别置于两种光照条件下（遮荫和光照充足）培养 30 天。在遮荫条件下，植物处于树木植被下，光合有效辐射（PPFD）约为 80 μmol m^?2 s^?1；而在光照充足的条件下，光合有效辐射为 1300 μmol m^?2 s^?1 。研究人员对植物的色素浓度（包括叶绿素、类胡萝卜素（carotenoids）和花青素）、叶面积、碳水化合物浓度、光合参数以及叶片解剖结构进行了评估。研究发现，花青素会影响光合速率（photosynthetic rate）、最大电子传递速率（maximum electron transport rate）、最大量子效率（maximum quantum efficiency）和色素浓度。然而，无论品种如何，也无论是否存在花青素积累，光照因素都是促进在光照充足条件下生长的植物生长得更好的关键因素。在遮荫条件下，花青素就像一个滤镜，影响光线向叶绿素的传输，改变到达叶绿体（chloroplasts）的光的数量和质量。这种相互作用导致在遮荫环境下生长的杂色彩叶草的光合参数评估值较低。不过，杂色植物中花青素的积累并没有阻碍其发育或碳水化合物的产生，这表明花青素和叶绿素在一定程度上可以共存，并在不影响植物整体功能的前提下竞争可利用的光。