--Notur w ssenschaften LichtstreB und Lichtschutz bei Pflanzen Barbara Demmig-Adams* Lehrstuhl for Botanik II der Universit/~t, D-8700 Wtirzburg Exposure of green leaves to excessive light can lead to the destruction of the light-absorbing, and thus light-sensitive, photochemical appa- ratus. We have recently characterized a regu- latory response which leads to the harmless re- moval of an excess of absorbed light via radia- tionless dissipation of excess excitation energy in the chlorophyll pigment bed. Evidence indicat- ing a causal relationship between zeaxanthin and radiationless energy dissipation in leaves, and for a photoprotective effect of this process, is discussed. Under natural field conditions, re- versible changes in the zeaxanthin content and the dissipation activity in the pigment bed occur. Therefore zeaxanthin and the dissipation process in the pigment bed may be relevant to the survival and productivity of plants in nature. * Derzeitige Anschrift: Department of Environmental, Population, and Organismic Biology, University of Colorado, Boulder, Colorado 80309-0334, USA p flanzen verftigen tiber faszinierende Mechanis- men der Anpassung an wechselnde Umweltbe- dingungen ihres Standortes, an welchen sie - anders als Tiere - unverrtickbar gebunden sind. Ein zentraler Faktor ftir pflanzliches Leben ist das Licht, das die Energie ftir den PhotosyntheseprozeB liefert und die Entwicklung des pflanzlichen Organismus steuert, das aber auch - sofern es im f]bermaB auf- tritt - pflanzliches Leben zerstOren kann. Solange das yon den Bl~tttern absorbierte Sonnenlicht vollst/indig in den Photosynthesereaktionen verbraucht wird, kann sich keine tiberschtissige Anregungsenergie an- sammeln. Sobald die absorbierte Lichtmenge jedoch deutlich tiber derjenigen liegt, die das Blatt verarbeiten kann, beginnt die tiberschtissige Anregungsenergie zer- st6rerisch zu wirken. Es kommt zur Bildung toxischer Sauerstoffspezies (fAbersicht in [30]), zum Ausblei- chen des Chlorophylls und schlieBlich zum Zelltod und Absterben des Blattes. Der Zerst6rung geht eine Inak- tivierung der Photosynthese (,,Photoinhibition") und speziell der photochemischen Reaktionen von Photo- system 2 - der ersten auf die Wasserspaltung folgen- den photochemischen Reaktion - voraus (~bersicht in [41]). Auf verschiedenen Organisationsebenen des grtinen Blattes gibt es Mechanismen, die zur Vermeidung einer Anreicherung ~iberschtissiger Anregungsenergie die- nen. Der vielleicht n~tchstliegende ist das Wegbewegen des ganzen Blattes aus dem einfallenden Lichtstrahl, ein Mechanismus, der bei Sauerklee (z.B. Oxalis ore- gana [6, 42]) und bei vielen Leguminosen [32] beob- achtet wird. Auf der n~ichstniedrigeren Ebene, derjeni- gender Zellorganelle, treten ebenfalls Bewegungen zur Vermeidung des Lichtes auf; die Chloroplasten bewe- . . gen sich aus dem Lichtstrahl fort (Ubersicht in [24]). Eine st~indige Senkung der Absorption yon Licht kann dagegen durch Haare oder andere lichtbrechende Strukturen erreicht werden, die die Reflexion des Blat- tes erh6hen [21]. Der vorliegende Bericht befaBt sich mit dem Aufsptiren eines weiteren Schutzmechanis- mus - zur Vermeidung yon tiberschtissiger Anre- gungsenergie - auf molekularer Ebene sowie der Identifizierung seiner Natur. Inaktivierung des Photosyntheseprozesses durch iiberschiissiges Licht: Ausdruck einer Sch~digung oder eines Sehutzmechanismus? Der Wirkungsgrad der Lichtausnutzung durch die Photosynthese sowie der leicht aus der Chlorophyll- fluoreszenz bestimmbare Wirkungsgrad des photoche- mischen Prozesses von Photosystem 2 (PS 2) ist prinzi- piell im ganzen Pflanzenreich konstant und auBeror- 262 Naturwissenschaften 76, 262-267 (1989) 9 Springer-Verlag 1989