A Unified Survival-Based Energy Framework Linking Plant Color, Stress, and Productivity

植物色泽通过叶片绿色度、花色苷着色和果实颜色强度体现，反映了色素生物合成、光学吸收、代谢调控以及与环境的能量-物质交换的综合结果。尽管主要色素类别——包括叶绿素、类胡萝卜素和花青素——的合成与降解生化途径已较为明确，但现有模型大多将颜色表达解释为局部生化现象。此类方法未明确考虑整株植物能量平衡、蒸腾驱动的损耗或热力学约束，限制了其解释广泛观察到的颜色饱和度、胁迫诱导褪色以及跨环境梯度的物种特异性稳定性等模式的能力。本文构建了一个统一的植物颜色生成与稳定性框架，将色素沉着视为一种受生存限制的能量过程，并将其嵌入吸收、运输、代谢和熵产生的更广泛动力学之中。该框架的核心是一个无量纲能量生存因子Ψ=AE/TE+ε，其中AE代表与色素形成相关的被吸收并保留的能量和元素资源，TE表示与蒸腾相关的、代谢的和环境的耗散损失，ε则捕捉非平衡生物系统固有的不可约熵产生降解。根据构建方式，0<Ψ<1，确保完全符合热力学第二定律。当与色素特异性光学吸收系数和生理限制函数相结合时，该框架可对色素浓度和颜色稳定性给出具有物理可解释性的描述。吸收性光合有效辐射（约45–70%）、激发能存活率（约85–95%）以及呼吸和蒸腾损失（约占同化资源的30–60%）的经验范围自然约束了Ψ，从而预测出所观察到的持续色素积累限度，而无需引入生化低效性或特设校正因子。分析表明，仅增加光照可用性或增强生物合成能力并不会加深颜色，除非被吸收的资源能够在运输和损失过程中存活下来。胁迫诱导的黄化、瞬时花青素积累以及高辐照下绿色度饱和，均表现为能量生存率降低而非色素合成受损的直接后果。通过明确分离生存