光呼吸是什么？为什么高温会拖慢植物生长

光呼吸是植物在光照下吸收氧气、释放二氧化碳的过程：负责固定碳的酶 RuBisCO 没有抓住二氧化碳，而是抓住了氧气。它会消耗能量、拖慢生长，而且温度越高越明显；但它也能帮植物在高温、干旱和强光下保护自己。下面先回到光合作用说起：光合作用是植物把太阳能转化成富含能量的有机物、储存起来供生长发育的过程，其间吸收二氧化碳、释放氧气。

不过，还有一个不那么出名、但同样重要的过程，就是光呼吸。它的方向和光合作用相反，却是光合作用不可分割的一部分。

当 RuBisCO 酶固定的是氧气而不是二氧化碳时，就发生了光呼吸。环境温度越高，这个过程就越频繁。

温度越高，光呼吸所占的比例就越大。如果光呼吸达到和光合作用差不多的水平，植株的生长可能会完全停滞。

弄懂光呼吸，对优化植物的生长和效率很关键，在气候变化、气温升高的大背景下更是如此。所以，研究和管理这个过程，对提高农业产量、维持生态系统的可持续性都非常重要。

光呼吸到底是什么？

光呼吸是一个复杂而关键的生物过程，没有生物学基础的话，可能听起来有点难懂。从技术上说，它始于一个由核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（RuBisCO）催化的反应。

RuBisCO 没有像光合作用那样固定二氧化碳（CO2），而是固定了氧气（O2），生成 2-磷酸乙醇酸。这种化合物随后进入光呼吸途径被代谢，最终转化为 3-磷酸甘油酸，也就是卡尔文循环中的一种中间产物。

在这个代谢过程中，会产生二氧化碳（CO2）和氨（NH3），同时消耗 ATP 和其他还原力。正因为要耗能，光呼吸从能量角度看是一个低效的过程。

光呼吸怎样帮植物抵御胁迫？

光呼吸虽然低效，却可能在保护植物免受胁迫方面发挥关键作用。它像一个“能量泄洪口”，能防止光合电子传递链过度还原，避免光抑制（强光反而损伤光合系统）。

在那些让光合作用难以吸收 CO2 的胁迫条件下，这个机制尤其重要。

此外，光呼吸还为其他代谢过程提供必需的代谢物。比如，光呼吸中产生的甘氨酸，是合成谷胱甘肽的关键原料，而谷胱甘肽是一种抗氧化物质，能保护植物免受氧化胁迫。

在干旱、高盐和强光等胁迫条件下，这一过程至关重要，而这些正是高山植物常见的处境。

总之，光呼吸虽然耗能，却在保护大麻植株抵御不利条件方面不可或缺，帮助它们在艰难环境中维持正常运转和生长。

为什么会发生光呼吸？

光呼吸的发生，源于一种叫 RuBisCO（核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶）的酶。这种酶是光合作用的核心，在碳固定阶段负责固定二氧化碳。

问题在于，RuBisCO 并不能很好地区分 CO2 和 O2：它总会时不时抓住氧气，而气温升高时，它作为加氧酶而不是羧化酶工作的比例会越来越大。也就是说，它没有固定碳，而是捕获了氧气，于是启动了光呼吸。

光呼吸和光合作用为什么都重要？

光合作用和光呼吸，都是植物正常运转和生存的基本过程。光合作用让植物把太阳能转化为富含能量的有机物，产生氧气，为地球上的生命打下基础。

没有光合作用，大部分植物都不会存在；动物也会因为缺少氧气和基础养分而受到严重影响。

另一方面，光呼吸乍看之下低效又耗能，却在植物面对环境胁迫时起着关键的保护作用。

大麻植株中的光呼吸

这个过程是一种防御机制，能防止光合电子传递链过度还原和光抑制，在高温、干旱和盐分高的条件下尤其如此。它还为其他代谢过程提供必需的代谢物，这些过程对植物抵御和适应胁迫都很重要。

总的来说，这两个过程虽然不同，却互为补充，都是植物生命中不可缺少的部分。光合作用提供生长和繁殖所需的能量和基本原料，光呼吸则帮助植物在恶劣环境中生存和适应。

弄清这两个过程如何相互作用，对推进植物生物学研究、提高植物应对气候变化的韧性都至关重要。