光生物学photobiology研究光与生命物质相互作用的一门生物物理学的分支学科。主要研究生物的光化学，光谱学，光致生物学效应，光合作用和生物发光等问题。农业科学中诸如植物的光合作用，作物的光能转换和光能利用，不同光谱对植物光合作用和生长发育的影响以及光生物技术的应用等都是光生物学的研究领域。色光的生物学效应研究表明，在光能相同条件下，长波的红光辐射对植物同化CO2能力和有机物合成高于短波的蓝光，而二种波长光的配合照射，其光能利用具有增益效应；基于不同作物或不同生育期光质的生物学效应不同，农业设施栽培研究中利用色膜可以提高光能利用而增加产量；根据高光效与高吸收功能互促的原理，研究开发了“光助素”一类的物质，提高作物的光能利用达到增产目的。 光生物学 光生物学光生物学是研究光与生命相互作用的科学。这门学科起始于本世纪初，因为光辐射与物质（包括生命）的相互作用广泛地引起物理学家、化学家、生物学家与医学家的重视，到了六十年代中期，已发展成为一门多学科性的边缘学科。
光生物学的内容和范围 光生物学涉及的主要能源是紫外线与可见光，波长大约从200nm到800nm之间，这种波长范围的光对生物的作用，不论复杂程度如何，其原初过程都是起决定性作用的分子或生色团对光的吸收，由此而产生一些可以测量的反应，包括分子的激发态与转变，以及包括细胞和整体行为在内的各种水平的变化。反应时间可以从毫微秒甚至微微秒一直到象鸟类迁徙的季节变化，所有这些都属于光生物学的范围。
光生物学涉及的面很广，归纳起来大体上可分为下列几个部分：
(1) 光物理与光化学： 光物理与光化学是光生物学的基础，因为所有光生物学过程的最初作用都是由于分子吸收光量子而引起的。不同波长的光子具有不同的能量，但200nm～800nm波长的光还是属于低能辐射，低能辐射与物质的相互作用表现为分子的激发，所以研究分子的激发态及其相应的能级结构和变化，以及光能的吸收、转移与定位等都属于光物理的研究范围。由于光的吸收而产生的化学键的变化，自由基的形成及作用，以及光化学产物的性质和活化分子所引起的进一步化学变化则属于光化学领域。为了研究光与物质的相互作用，还须具有一定的测量技术和方法。
(2) 分子光生物学： 分子光生物学的任务是研究核酸与蛋白质等生物大分子吸收光能后所产生的效应，结构变化的规律及其与功能的关系，也是研究各种光生物学过程机理的基础。光对生物大分子的效应是多种多样的，如酶的失活、蛋白质的变性、核酸的光化产物以及构象的变化等。研究某一效应与作用光波长的关系称为作用光谱或效应光谱。如果作用光谱与某一物质的吸收光谱一致，就说明该物质是引起这种效应的物质。作用光谱的研究不仅可以了解大分子吸收光能的主要基团和部位，大分子的形状和体积的知识，也有助于了解大分子的构象变化。
(3) 重要的光生物学现象机理的研究： 视觉过程、光合作用、光动力作用、光复活作用以及生物钟等都是一些由光引起的重要的光生物学过程，生物发光则是由于体内产生光辐射的现象。人们早就认识到这些重要的光生物学现象，有些甚至研究得极为广泛和深入，但是仍然需要从光物理与光化学的基础深入研究其机理。
(4) 医学光生物学与环境光生物学： 这是近年来新兴的光生物学领域，在实践和理论上都很重要。
光与医学的关系 光生物学与医学有密切关系，主要表现日光对人体的伤害以及应用光治疗某些疾病。日光能引起一些皮肤病，例如习惯于日光浴的人常因过分照光而引起日晒病，长期照光还会引起皮肤的慢性变化，如皮肤增厚、起斑等日光角质化病。其中某些角质化病又是可以致癌的；另一类光退化症是由于长年日晒形成的，有色皮肤往往无此病症，这是因为皮肤中黑色素有保护作用。白肤色的人长期日晒易生癌，黑色皮肤不易生癌，所以晒黑对人的皮肤又具有保护作用。还有一些疾病，虽然不是由于日光引起的，但在日光下可以加重或恶化，例如红斑狼疮及多型性的日光斑疹。这些疾病与日光退化症不同，不论肤色如何都可以发生。还有一种遗传病叫生血性原卟啉症，病人对日光很敏感，因为病人血液中有大量的原卟啉沉积，而原卟啉是血红蛋白的前体，在光作用下可生成自由基与单线态氧，从而会引起皮肤的腐蚀、灼热、肿胀与发斑等症状。
归纳起来，与日光有关的疾病可分为三类： 一类是由于缺少或失去防护作用引起的，如日晒病与皮肤退化症等，其作用光谱在290nm～320nm波长范围内；第二类是由于光敏化的化学物质引起的，内源性的光敏化剂如前述的原卟啉，作用光谱是400nm；外源性的光敏化剂如用补骨脂素治疗牛皮癣与白斑病以及某些磺胺药物引起的皮肤症状等，作用光谱在300nm～400nm之间。还有一些全身性治疗的药物，如磺胺与广谱抗生素的光毒害作用与光敏化作用其作用，光谱在紫外线波长范围内；第三类是并非由上述两种原因产生的病症，如荨麻症，多型性皮疹，自动免疫症，维生素E缺乏症以及一些遗传疾病，其作用光谱随病症不同而异。
光化学治疗是光生物学在医学上的实际应用，已经取得一些成效。例如对白斑病的治疗就是在服用补骨脂素后，再用320nm～380nm波长光照射，可以增加色素并诱导出红斑。对牛皮癣治疗则是利用补骨脂素与长波紫外线照射(320nm～400nm)。近年来用甲氧基补骨脂来代替补骨脂素也很有效，治疗机理还不了解，但显然是与减少细胞增殖有关。近年广泛开展了用血卟啉为敏化剂，用激光做光源以治疗癌，很受各国重视。
光与环境的关系 环境问题是当代极受重视的问题之一，其中有一些是和光生物学有关的，现举几例：
(1) 日光可在大气外层形成臭氧层，这是 “有益的臭氧”，因为它可阻止一些高能辐射，包括短波紫外线达到地表危害生物。但在地表上，由于人的活动又可产生臭氧则对人有害，因为臭氧是非常活泼的氧形式，同时它也是强诱变剂。汽车运行时汽油燃烧可产生碳氢化合物，也可产生氧化氮，这些物质在一定的波长光照射下进行光化反应生成臭氧。这就是由汽车的烟雾产生的一种空气污染，它是通过光的作用危害人类的。
(2) 另一种空气污染是由硫的产物形成的还原雾，因二氧化硫在阳光下转化成硫酸和硫化物。有些地区常有酸雨，就是来自SO2。汽车的烟雾以及其他含硫燃料也是空气中硫化物的来源之一。所以日光既是人类食物和能量的来源，同时又是产生对人有危害作用的氧化剂的因素。
有人估计根据目前的速率，到本世纪末就会减少同温层中臭氧的15～20%。臭氧层减小意味着紫外线对人的作用，不论是从能量还是从强度来讲都会增加。另一种估计是认为，臭氧层减少10%，皮肤癌发生率可增加20%。此外，紫外线增强也会抑制光合作用，从而减少氧和食物的来源。
(3) 石油溢出是很大的公害，由于油船沉没或破坏，海面上飘浮着大量石油，石油吸收日光中的紫外线就产生光化学变化，吸收能量的那部分就形成氧化剂，他们可将能量转移到正常的基态氧使其成为单线态氧，这是氧的一种高能状态，可引起一系列的氧化破坏作用。
研究光生物学的意义和趋向 从上述的一些例子可见，研究光生物学除需研究光物理与光化学的基础理论外，首先要开展关于光对生物体包括人的影响及其防护的研究，由于大气中紫外线有不断增加的趋势，更应注意对人的防护问题； 其次是要开展光对人类环境的有害作用的控制方法，使其有益于人类生活，而减少由于光的作用所引起的污染； 第三是要继续发展研究生命过程所需要的光化学手段及其理论； 第四是要在医学上发展光化学治疗的新方法和新技术； 最后是对日光这种取之不尽的能源，是如何使生物吸收、转移、转化和贮存，这是研究光生物学的根本问题之一。 ☚ 耳蜗隔膜的行波 生物发光 ☛ 光生物学photobiology |