介紹

談到植物和光時，光合作用常常成為焦點，但這其中其實還有更多故事。 在本文中，我們邀請您探索這個較不為人知的一面——光形態發生（Photomorphogenesis）。”Photo” 指的是光，”morphogenesis” 指的是變化和生長。

在先前的文章中（點擊這裡）我們深入探討了光合作用的基礎，討論了植物如何利用光能來製造糖分以滿足後續的新陳代謝需求，比如生長。

但是，究竟是什麼啟動了這種生長過程？ 答案就在於光的另一個影響方面：光形態發生。 我們將以鳥瞰的方式為您詳細且具體地呈現何謂光形態發生。

植物為什麼需要生長和變化

植物的生長或形態變化對其生存至關重要。 主要有兩個原因：

• 生存：植物必須生長並延展其生長範圍，以捕獲光合作用所需的重要光線，從而生產維持其生存所必需的糖分
• 繁殖：開花和結果確保植物物種的生存，這是與光線的可用性密切相關的過程。

這兩個基本需求都依賴於光作為關鍵因素。

光感受器——接收生長的光

植物細胞擁有一種獨特的分子，稱為光感受器，負責接收光能，從而引發生長和形態變化。 讓我們來探討三種主要類型的光感受器：

• 植物色素（Phytochromes）：這些光感受器觸發季節性的植物轉變，影響種子發芽、生長、開花和結果。
• 藍光感受器（Cryptochromes）：負責調節生長，確保植物不過分生長，保持高效的生存形態。
• 向光性蛋白或稱光敏蛋白（Phototropins）：這些光感受器引導植物莖的生長朝向可用的光源。

植物如何感知季節變化 – 光敏色素的作用

隨著季節的變化，你會注意到生命的爆發，特別是從冬天到春天。 種子發芽，嫩芽出現，莖幹延伸，葉片展開，成熟的植物開花結果。 但植物如何將它們的行動與季節同步？ 答案就在光敏色素中。

光敏色素分子

光敏色素只是分子，由一組原子組成的三維分子結構。 它們存在兩種狀態：Pr 和 Pfr。 當暴露於紅光（620-750奈米）時，光敏色素從 Pr 狀態轉變為 Pfr 狀態。 如果处于 Pfr 状态的植物色素吸收了远红光（700-800 纳米），它就会恢复到 Pr 状态。

光敏色素如何感知季節

白天的紅光更多，導致 Pr 轉化為 Pfr。 夜幕降臨時，Pfr 光敏色素自然分解為 Pr。 因此，在24小時的一天內，Pr 到 Pfr 的比例會波動，夜幕降臨後會恢復到平衡。

然而，在春季和夏季，較長的日照時間會導致較低的 Pr-Pfr 比率，這種比率會持續多天，並達到觸發光形態發生的臨界值。

在日照較短的冬季，紅光較少，Pr 與 Pfr 的比率增加，從而抑制了光形態發生。

此比率通常以百分比表示（圖 6），但我們稱為 Pr-to-Pfr 比率。

點擊此處查看另一篇關於 PSS（植物色素光靜止態）的文章。

植物幹細長即是細胞分裂

植物幹細胞的伸長、葉片擴展、開花和果實的發展，都是通過細胞分裂來實現的，最終由植物細胞核中的遺傳DNA物質控制。

細胞核定期接收環境線索和訊號事件（例如光敏色素活性），以確定是否需要採取任何行動，例如細胞分裂。 當細胞核感覺到細胞分裂的條件成熟時，就會觸發 “細胞週期”，即細胞分裂的過程。

除了光敏色素狀態外，細胞分裂發生之前還需要檢查其他環境條件：

• 溫度
• 濕度
• 營養和水資源
• 荷爾蒙活性（是的，植物也有荷爾蒙）
• 酶活性（與荷爾蒙活性相關）
• 與其他光感受器的相互作用

這意味著即使光敏色素活性有利於細胞分裂，也可能不會觸發光形態發生，例如極端低溫。 這是一個高度協調和嚴密控制的過程。

總結

我們剛剛淺談了光形態發生的基本概念，從光線、細胞質中的光敏色素激活，到細胞核中的細胞分裂，最終到植物的生長和變化 – 這就是光形態發生。

然而，需要注意的是，實際的光信號傳遞途徑、化學反應、荷爾蒙和酶活性，以及基因表達仍然非常複雜且相互交織。

另外，需要注意的是，各種植物物種存在差異，並具有各自的進化特點。

但我們希望透過這個引人入勝的植物生物力學進化方面的知識，給農民提供一個全面的視角，鼓勵他們採用新的生長燈策略，以提高產品的質量和及時性。