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植物叶子用量子效应增强光合作用

一直以来,光合作用被认为是地球拥有生命的标志性反应,植物在进行光合作用时可获取大量太阳光照,叶绿体将收集的阳光转化为化学能。研究人员发现,在马来西亚茂密的热带雨林中生存的名为孔雀秋海棠的植物,因表层有不同寻常的叶绿体虹光质体而拥有斑斓的蓝色叶子。

英国布里斯托大学研究人员海瑟惠特尼及其同事,使用光镜和电镜研究孔雀秋海棠的虹光质体,发现它们的内部结构非常规则,与传统叶绿体不同。虹光质体包含规则分布的3至4个类囊体形成的基粒,这些基粒像一个光学晶体,强烈反射430纳米至560纳米波长的光,导致叶子呈现蓝晕色。

研究人员表示,虹光质体将这些特定波段集中到植物的光合器官上,当一个光子在细胞中激发分子作用后,就会利用量子叠加原理,通过最有效的渠道参与光合作用,使植物的光合作用效率提高5%至10%。虽然一般认为叶绿体仅是将光转化为化学能的结构,但也应将它们视为控制光传播和光捕获的结构。下一步将努力发现是否还有更多的植物能使用量子学方面的知识来增强其光合作用。

美国《大众科学》在线最近发表的一篇文章显示,一种喜阴植物通过自己蓝色叶子,利用量子力学原理使光合作用高效进行,从而适应了极度弱光的环境条件。

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