撰文 | SHR
责编 | 奕梵
光合作用是地球上大多数生命活动的基础，因此，光合作用生物已进化出多种适应方式以应对各种恶劣环境。北方森林是其中的一个典范，其覆盖了全球约70%的针叶林，并且其物种多样性显著低于其他陆地生态系统
（以常绿针叶树为主）
【1】
。然而，这些植物可以适应寒带地区的极度低温环境，并在夏季完全恢复，这表明这些常绿针叶林已进化出一套防御机制以保护光合器官。
随着近几十年来对光合生物光保护机制研究的不断深入，已经明确了多个控制系统通过消耗过剩的激发能以保护光合器官。2003年，Öquist和Huner的一项关于常绿植物光合作用的综述中指出，越冬的针叶树会在冬季进入一种“持续淬灭”状态，并且他们证明此时光系统I
（PSI）
可以通过循环电子传递进行吸收光的光化学或非光化学猝灭，从而起到重要的光合器官保护作用
【2】
。此外，最近的一项研究还表明替代电子传递途径可能在此过程中发挥一定作用
【3】
。然而，目前关于针叶树在冬季进行光能猝灭的确切机制尚不清楚。
近日，瑞典Umeå University的
Stefan Jansson
和荷兰Vrije Universiteit Amsterdam的
Alfred R. Holzwarth
等合作在
Nature Communications
在线发表了一篇题为
Direct energy transfer from photosystem II to photosystem I confers winter sustainability in Scots Pine
的研究论文，在欧洲赤松
（Scots Pine）
中揭示了针叶树冬季保持存活的关键生理机制。
该研究通过对欧洲赤松松针的叶绿素荧光、叶绿体超微结构以及色素-蛋白组分进行了连续三年的检测并记录了气候变化，以揭示其光合器官的季节性调节机制。该研究通过对PSI和PSII的性能参数分析，发现了高度动态的光合器官的结构和功能的季节性重排。此外，该研究对松针进行了超快时间分辨荧光测定
（ultrafast time-resolved fluorescence measurements）
，发现PSII活性显著下调并且发生了PSII到PSI的直接能量转移，这可能是冬季和初春松针 “持续淬灭”的关键机制。进一步的研究发现，叶绿体超微结构也发生了季节性变化，并且随着温度的降低囊状类囊体/颗粒的数量显著降低。该研究表明，这种类囊体膜的高度可塑性导致类囊体堆垛，并允许PSII与PSI复合体的混合，从而使能量专递得以实现。
Molecular model for acclimation of photosynthetic machinery under changing natural environmental conditions
总之，该研究通过监测欧洲赤松松针叶绿体结构和荧光参数的季节性变化，发现了涉及到类囊体结构重排和光系统间能量转移的光能猝灭机制，这种机制对寒冬松树的生存至关重要。
