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光合作用是指含光合色素的植物细胞和细菌吸收光能，把无机物同化成有机物并释放氧的过程。光合作用的意义在于：①把无机物转化为有机物；②把光能转化为化学能：③维持大气中氧气和二氧化碳的浓度平衡。 光合作用为一切生物提供食物、能量和维持呼吸作用的氧气及防御紫外线杀伤作用的臭氧层，成为生物圈形成、发展和繁荣及持续运转的基础、关键环节和驱动力。 光合作用已经成为一门科学，涉及光合作用光物理、光化学、生物化学和生理生态学以及分子生物学等方面。根据估算，地球光合生物每年大约将1060亿t碳固定转化为有机化合物。 光合作用由光反应和暗反应两个阶段组成。光反应必须在光下进行，由光引起的化学反应，在类囊体膜（光合膜）上进行。暗反应在暗处或光下进行，由若干酶催化的化学反应，在叶绿体基质（叶绿体可溶部分）中进行。诺贝尔奖委员会1988年宣布光合作用一项研究成果获奖的评语中称“光合作用是地球上最重要的化学反应”(Frangsmyr和Malmstrom，1992)，“生命界最重大的顶级创造之一”，在生物演化、生物圈形成与运转及人类诞生与经济和社会的可持续发展等过程中都处于非常关键的地位。
光合作用过程 光合作用发生于植物叶绿体内的内囊体膜上，类囊体膜上嵌插有光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，被称为光合作用单元，它由200～300个天线色素组成的捕光色素复合体(吸收光能)及反应中心（由1个叶绿素a、1个电子供体和1个电子受体组成)等组成（光系统Ⅱ还含有放氧复合体）。 光系统I的反应中心叶绿素a的最强吸收波长为700nm，电子供体为质体蓝素，电子受体是铁氧还蛋白；光系统Ⅱ的反应中心叶绿素a的最强吸收波长为680nm，电子供体为水，电子受体是质体醌（图2-1）。获得光能的叶绿素分子从基态跃迁到激发态，激发能有3个可能的去向（图2-2）。①能量经由天线色素传递到反应中心，引起反应中心的电荷分离、电子传递和光合磷酸化，推动光化学反应，形成用于固定和还原二氧化碳的同化力(ATP和NADPH)。②直接以热的形式耗散掉。③释放光子，产生荧光。 在光合作用中只有叶绿素a直接参与光合作用的光反应，它的吸收波长峰值为432nm和660nm，叶绿素b吸收波长峰值为458nm和642nm(图2-1)。由于叶绿素b把吸收的能量100％传给叶绿素a，而其他色素也分别吸收太阳光中不同波长的光，再传给叶绿素a，但能量传递效率并不太高。因此，主要促进光合作用的光波为432nm附近的蓝光和660nm附近的红光。
图2-1表明，叶绿素a和叶绿素b各有2个吸收带，分别为蓝带和红带。吸收带的中心波长分别为432nm、458nm和660nm、642nm。从图2-1看到，在光合作用中太阳光中能量最强的绿光作用很小而被反射、透射，这对植物对太阳能的充分利用非常不利。 从上面的结果可推知，太阳的全色光谱中只有部分波段的光被植物吸收。依据量子力学理论，太阳光照射在植物上，只有那些频率与叶绿素a分子的某些能级间的固有频率相等的光子才能被吸收，使叶绿素a分子产生电子跃迁，进行光合作用。 |
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