光合作用是植物利用光、水和空气中的二氧化碳产生生物量的核心过程。详细了解这一过程可以对其进行修改并优化，例如，以提高粮食产量或抗压能力。

HHU 分子光合作用研究所 Ute Armbruster 教授领导的研究小组正在从多个角度研究这一过程。该小组与跨学科研究团队合作，在《自然通讯》最新出版物中介绍了植物对不同光照条件的反应过程的发现。

位于戈尔姆的马克斯·普朗克分子植物生理学研究所以及来自卑尔根(挪威)、波鸿、明斯特和波茨坦大学的研究小组参与了这项工作。

光合作用包括两个步骤或“模块”。首先，在所谓的光驱动反应中，光能被转化为植物可以以ATP和NADPH分子形式使用的化学能。然后利用这种能量通过“碳固定反应”将空气中的二氧化碳固定为生物质。

植物生活在经常快速变化的光照条件下。为了充分利用这种光，模块必须紧密同步。特别是迄今为止，对这种同步的科学研究还很少。

如果太亮，植物无法转化全部光能;这是一种潜在有害的情况。为了确保过量的光能不会造成损害(过量的光能可能导致形成高活性氧)，植物会激活一种保护机制：所谓的能量依赖性猝灭(简称：“qE”) )确保多余的能量以热量的形式排出。

从早期的研究中得知，qE 会被阴影中的“类囊体 K+ 交换反向转运蛋白 3”(KEA3) 更快地再次关闭。然而，这个过程总体上仍然很慢，当亮度降低时，可用的光能就会损失。

研究小组首次确定了两个光合作用模块通过 KEA3 同步其活动的分子机制。为了实现这一目标，研究人员使用了计算机模拟和各种实验方法，包括生物传感器。

首先，类囊体膜周围介质的 pH 值对光的变化有高度动态的反应。其次，KEA3 的结构和活性会根据 pH 值而变化。然而，只有当 KEA3 也结合 ATP 和 NADPH 时才会发生这种情况。在过量的光照下，这会导致 KEA3 失活，从而使 qE 变得活跃。突然转向遮荫后，KEA3 被激活，从而上调光合作用的光驱动反应。

Armbruster 教授说：“通过我们的工作，我们现在第一次了解了光合作用的两个功能模块如何通过 KEA3 相互通信。了解这一点对于制定改善实地光合作用的策略非常重要。”以长期提高农作物产量。”