光敏素（phytochrome）與光合作用（photosynthesis）（二）

昨天說到植物需要的光，主要在紅光跟藍光區；所以，植物的「眼睛」，也就是光受器（photoreceptors），當然要負責監控這兩個波段的光是否存在？夠不夠進行光合作用？

說到這裡可能有人會問，所以光敏素負責看到紅光跟藍光嗎？

讓我們來看一下光敏素的吸收光譜（absorbance spectrum）：

光敏素的吸收光譜。圖片來源：wiki

看到上圖大家一定覺得有點怪。不是說要看光敏素的吸收光譜嗎？怎麼會有兩條線？

原來光敏素有兩種構形（conformation），一種是活化態的Pfr，另一種是不具有活性（這部分還有一點點爭議）的Pr。Pfr跟Pr可以互相轉換，所以只能都放在圖上面。

不過，細心的讀者一定會發現，不管是Pfr還是Pr，它們的吸收光譜好像都集中在紅光區？

是的。因為紅光跟藍光對於植物生理的影響，除了光合作用以外，還有其他的部分；所以植物把感應紅光的責任交給了光敏素，而感應藍光的部分則交給了隱花色素（cryptochrome）與向光素（phototropin）。

而且光敏素除了要感應紅光之外，還要同時感應遠紅光（far-red light，波長為730nm左右）。為什麼也要感應遠紅光呢？因為當植物被光線照射的時候，為了進行光合作用，一定會把紅光跟藍光拿走；於是穿過植物的光，它的紅光跟藍光就大大減少了。

這樣的光，因為紅光與藍光不足，當然不適合植物使用；如若今天有一顆種子剛好在大樹下萌發了，它所接收到的光就會是這樣的。這時候，它要怎麼得知自己目前的狀況，並設法脫離呢？

答案就是：光敏素。因為葉綠素a與葉綠素b不會吸收遠紅光（請回憶一下前一篇文章），而植物的光敏素可以感應紅光或遠紅光。說「或」是因為Pr主要感應紅光，Pfr主要感應遠紅光。

我們前面提到，Pfr是具有活性的光敏素。重點來了，當它感應到遠紅光以後，就會轉變成Pr（沒有活性）的光敏素。而Pr感應到紅光以後，就會變成具有活性的Pfr。

看到了嗎？因為光敏素感應到紅光以後會活化成為Pfr，接著就會啟動非常非常多的生化途徑；若Pfr感應到遠紅光則會變成沒有活性的Pr，接著剛才啟動的非常非常多的生化途徑，就會因為光敏素總司令不見了，所以就不再啟動。當然，已經傳出去的命令是不會被取消的；所以我們會看到，把黑暗中萌發的豆芽（專業的說法叫做「白化苗」etiolated seedlings）拿出來照個五分鐘的光，就足以讓豆芽那黃色的本葉變成淡綠色，就是這個原因。

而在大樹下的幼苗，因為透過大樹的光線是紅光少、遠紅光多的，於是體內大部分的光敏素就一直停留在沒有活性的Pr構形，然後幼苗就會開始「長長長長長長長」，一面長一面繼續利用它的光敏素感應，直到找到對的光為止。

從某個角度看來可以這樣說：植物用光敏素做為偵測工具，而這個偵測工具是拿遠紅光來做為「參考」光，經由比對收到的光裡面有多少紅光，再拿來跟收到的遠紅光相比（也就是收到光以後多少光敏素轉成Pfr vs. 多少光敏素轉成Pr），以了解這個光的品質好不好。至於說為何光敏素要拿遠紅光來做為「參考」光，而不拿其他葉綠素a與b也不吸收的光（如黃光或綠光）呢？這是個好問題，筆者只能猜測，可能是因為光敏素裡面主要感光的分子phytochromobilin構造上的限制吧！至於真實的原因，我想這是數（十）億年演化的結果，大約也沒有什麼道理好說囉！