光合作用
光合作用，(Photosynthesis)，是綠色植物、和某些細(xì)菌利用葉綠素，在可見光的照射下，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物（主要是淀粉），并釋放出氧氣的生化過程。對于生物界的幾乎所有生物來說，這個(gè)過程是他們賴以生存的關(guān)鍵，而地球上的碳氧循環(huán)，光合作用是必不可少的。
光合作用
綠色的葉，進(jìn)行光合作用的重要場所
1642年荷蘭人揚(yáng)·巴普蒂斯塔比利時(shí)人范·海爾蒙特做了盆栽柳樹稱重實(shí)驗(yàn)，得出植物的重量主要不是來自土壤而是來自水的推論。他沒有認(rèn)識(shí)到空氣中的物質(zhì)參與了有機(jī)物的形成。
1684年，比利時(shí)的海爾蒙特認(rèn)為，植物會(huì)從水中吸收養(yǎng)分，但其實(shí)這是不正確的觀念。
1771年，英國的普里斯特利發(fā)現(xiàn)植物可以恢復(fù)因蠟燭燃燒而變“壞”了的空氣。
1771年，英國的普里斯特利發(fā)現(xiàn)置于密封玻璃罩內(nèi)的老鼠極易窒息，但是加入一片新鮮薄荷葉，老鼠就可以蘇醒。
1773年，荷蘭的英格豪斯證明只有植物的綠色部分在光下才能起使空氣變“好”的作用。
1774年，英國的普里斯特利發(fā)現(xiàn)綠色的植物會(huì)制造、釋放出氧氣。
1782年，瑞士的瑟訥比埃發(fā)現(xiàn)，即使植物沒有受到陽光照射，照樣會(huì)釋放出二氧化碳。
1804年，瑞士的索緒爾通過定量研究進(jìn)一步證實(shí)二氧化碳和水是植物生長的原料。
1845年，德國的邁爾發(fā)現(xiàn)植物把太陽能轉(zhuǎn)化成了化學(xué)能。
1864年，德國的薩克斯發(fā)現(xiàn)光合作用產(chǎn)生淀粉。
1880年，美國的恩格爾曼發(fā)現(xiàn)葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所。
1897年，首次在教科書中稱它為光合作用。
光合作用
植物與動(dòng)物不同，它們沒有消化系統(tǒng)，因此它們必須依靠其他的方式來進(jìn)行對營養(yǎng)的攝取。就是所謂的自養(yǎng)生物。對于綠色植物來說，在陽光充足的白天，它們將利用陽光的能量來進(jìn)行光合作用，以獲得生長發(fā)育必需的養(yǎng)分。
這個(gè)過程的關(guān)鍵參與者是內(nèi)部的葉綠體。葉綠體在陽光的作用下，把經(jīng)由氣孔進(jìn)入葉子內(nèi)部的二氧化碳和由根部吸收的水轉(zhuǎn)變成為葡萄糖，同時(shí)釋放氧氣：
12H2O + 6CO2 + 陽光 → (與葉綠素產(chǎn)生化學(xué)作用); C6H12O6 (葡萄糖) + 6O2 + 6H2O
上式中等號(hào)兩邊的水不能抵消，雖然在化學(xué)上式子顯得很特別。原因是左邊的水，是植物吸收所得，而且用于制造氧氣和提供電子和氫離子。而右邊的水分子的氧原子則是來自二氧化碳。為了更清楚地表達(dá)這一原料產(chǎn)物起始過程，人們更習(xí)慣在等號(hào)左右兩邊都下寫上水分子，或者在右邊的水分子右上角打上星號(hào)。
12H2O + 陽光 → 12H2 + 6O2 [光反應(yīng)] 12H2 (來自光反應(yīng)) + 6CO2 → C6H12O6 (葡萄糖) + 6H2O [暗反應(yīng)]
光合作用分解水釋放出O2并將CO2轉(zhuǎn)化成糖類
光強(qiáng)度，水分供給 過程：葉綠體膜上的兩套光合作用系統(tǒng)：光合作用系統(tǒng)一和光合作用系統(tǒng)二，（光合作用系統(tǒng)一比光合作用系統(tǒng)二要原始，但電子傳遞先在光合系統(tǒng)二開始，一二的命名則是按其發(fā)現(xiàn)順序）在光照的情況下，分別吸收700nm和680nm波長的光子，作為能量，將從水分子光解過程中得到電子不斷傳遞，其中還有細(xì)胞色素b6/f的參與，最后傳遞給輔酶NADP，通過鐵氧還蛋白-NADP還原酶將NADP還原為NADPH。
水光解所得的氫離子則因?yàn)轫槤舛炔钔ㄟ^類囊體膜上的蛋白質(zhì)復(fù)合體從類囊體內(nèi)向外移動(dòng)到基質(zhì)，勢能降低，其間的勢能用于合成ATP，以供暗反應(yīng)所用。而此時(shí)勢能已降低的氫離子則被氫載體NADP帶走。一分子NADP可攜帶兩個(gè)氫離子。這個(gè)NADPH+H離子則在暗反應(yīng)里面充當(dāng)還原劑的作用。
光解水產(chǎn)生氧氣。將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，產(chǎn)生ATP，為暗反應(yīng)提供能量。利用水光解的產(chǎn)物氫離子，合成NADPH及H離子，為暗反應(yīng)提供還原劑。
固碳作用實(shí)質(zhì)上是一系列的酶促反應(yīng)，生物界有幾種固碳方法，主要是卡爾文循環(huán)，但并非所有行光合作用的細(xì)胞都使用卡爾文循環(huán)進(jìn)行碳固定，例如綠硫細(xì)菌會(huì)使用還原性三羧酸循環(huán)，綠曲撓菌（Chloroflexus）會(huì)使用3-羥基丙酸途徑（3-Hydroxy-Propionate pathway），還有一些生物會(huì)使用核酮糖-單磷酸途徑（Ribolose-Monophosphate Pathway）和絲氨酸途徑（Serin Pathway）進(jìn)行碳固定。
場所：葉綠體基質(zhì)
影響因素：溫度，二氧化碳濃度
過程：不同的植物，固碳作用的過程不一樣，而且葉片的解剖結(jié)構(gòu)也不相同。這是植物對環(huán)境的適應(yīng)的結(jié)果。固碳作用可分為C3,C4和CAM三種類型。三種類型是因二氧化碳的固定這一過程的不同而劃分的。
卡爾文循環(huán)：卡爾文循環(huán)是光合作用的暗反應(yīng)的一部分。反應(yīng)場所為葉綠體內(nèi)的基質(zhì)。循環(huán)可分為三個(gè)階段: 羧化、還原和二磷酸核酮糖的再生。大部分植物會(huì)將吸收到的一分子二氧化碳通過一種叫二磷酸核酮糖羧化酶的作用整合到一個(gè)五碳糖分子1，5-二磷酸核酮糖（RuBP）的第二位碳原子上。此過程稱為二氧化碳的固定。這一步反應(yīng)的意義是，把原本并不活潑的二氧化碳分子活化，使之隨后能被還原。但這種六碳化合物極不穩(wěn)定，會(huì)立刻分解為兩分子的三碳化合物3-磷酸甘油酸。后者被在光反應(yīng)中生成的NADPH+H還原，此過程需要消耗ATP。產(chǎn)物是3-磷酸丙糖。后來經(jīng)過一系列復(fù)雜的生化反應(yīng)，一個(gè)碳原子將會(huì)被用于合成葡萄糖而離開循環(huán)。剩下的五個(gè)碳原子經(jīng)一些列變化，最后在生成一個(gè)1，5-二磷酸核酮糖，循環(huán)重新開始。循環(huán)運(yùn)行六次，生成一分子的葡萄糖。CO2+H2O→(CH2O)+O2(反應(yīng)條件：光能和葉綠體)
12H2O + 6CO2+ 陽光 → (與葉綠素產(chǎn)生化學(xué)作用); C6H12O6(葡萄糖) + 6O2+ 6H2O
H2O→2H+ 1/2O2（水的光解）
NADP+ + 2e- + H+ → NADPH（遞氫）
ADP+Pi→ATP （遞能）
CO2+C5化合物→2C3化合物（二氧化碳的固定）
2C3化合物+4NADPH→（CH2O）+ C5化合物+H2O（有機(jī)物的生成或稱為C3的還原）
ATP→ADP+PI（耗能）
能量轉(zhuǎn)化過程：光能→不穩(wěn)定的化學(xué)能（能量儲(chǔ)存在ATP的高能磷酸鍵）→穩(wěn)定的化學(xué)能（糖類即淀粉的合成）
注意：光反應(yīng)只有在光照條件下進(jìn)行，而只要在滿足碳反應(yīng)條件的情況下碳反應(yīng)都可以進(jìn)行。也就是說碳反應(yīng)不一定要在黑暗條件下進(jìn)行。
光照：光合作用是一個(gè)光生物化學(xué)反應(yīng)，所以光合速率隨著光照強(qiáng)度的增加而加快。但超過一定范圍之后，光合速率的增加變慢，直到不再增加。光合速率可以用CO2的吸收量來表示，CO2的吸收量越大，表示光合速率越快。二氧化碳：CO2是綠色植物光合作用的原料，它的濃度高低影響了光合作用暗反應(yīng)的進(jìn)行。在一定范圍內(nèi)提高CO2的濃度能提高光合作用的速率，CO2濃度達(dá)到一定值之后光合作用速率不再增加，這是因?yàn)楣夥磻?yīng)的產(chǎn)物有限。
溫度：光合作用中的化學(xué)反應(yīng)都是在酶的催化作用下進(jìn)行的，而溫度直接影響酶的活性。溫度與光合作用速率的關(guān)系就像溫度與酶之間的關(guān)系，有一個(gè)最適的溫度。
礦質(zhì)元素：礦質(zhì)元素直接或間接影響光合作用。例如，N是構(gòu)成葉綠素、酶、ATP的化合物的元素，P是構(gòu)成ATP的元素，Mg是構(gòu)成葉綠素的元素。
水分：水分既是光合作用的原料之一，又可影響葉片氣孔的開閉，間接影響CO2的吸收。缺乏水時(shí)會(huì)使光合速率下降。
研究光合作用，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，環(huán)保等領(lǐng)域起著基礎(chǔ)指導(dǎo)的作用。知道光反應(yīng)暗反應(yīng)的影響因素，可以趨利避害，如建造溫室，加快空氣流通，以使農(nóng)作物增產(chǎn)。人們又了解到二磷酸核酮糖羧化酶的兩面性，即既催化光合作用，又會(huì)推動(dòng)光呼吸，正在嘗試對其進(jìn)行改造，減少后者，避免有機(jī)物和能量的消耗，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。
當(dāng)了解到光合作用與植物呼吸的關(guān)系后，人們就可以更好的布置家居植物擺設(shè)。比如晚上就不應(yīng)把植物放到室內(nèi)，以避免因植物呼吸而引起室內(nèi)氧氣濃度降低。
光合作用
在人們印象中，光合作用總是與植物聯(lián)系在一起，法國研究人員發(fā)現(xiàn)蚜蟲或許也能從光線中獲取能量，這是首次有證據(jù)顯示昆蟲體內(nèi)可能也存在光合作用。此前有研究發(fā)現(xiàn)，蚜蟲是已知唯一能自己合成類胡蘿卜素的動(dòng)物。植物的類胡蘿卜素會(huì)像葉綠素那樣進(jìn)行光合作用，在動(dòng)物體內(nèi)則有幫助調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)等功能，但蚜蟲以外的其他動(dòng)物需從食物中獲取類胡蘿卜素。
由于類胡蘿卜素是一種色素，所以蚜蟲體內(nèi)類胡蘿卜素含量的多少可以改變其外表顏色。根據(jù)生存環(huán)境的不同，蚜蟲外表有多種顏色，其中綠色蚜蟲體內(nèi)的類胡蘿卜素含量最多，橙色蚜蟲體內(nèi)的類胡蘿卜素含量中等，而白色蚜蟲體內(nèi)幾乎不含類胡蘿卜素。
研究人員觀察發(fā)現(xiàn)，在有光線的情況下，與白色蚜蟲相比，綠色蚜蟲體內(nèi)三磷酸腺苷的含量要高得多。三磷酸腺苷是一種可以儲(chǔ)存和傳遞能量的分子。研究人員還發(fā)現(xiàn)，橙色蚜蟲體內(nèi)生成的三磷酸腺苷在有光環(huán)境中會(huì)增多，在黑暗環(huán)境下會(huì)降低。
研究人員提純了蚜蟲體內(nèi)的類胡蘿卜素，確認(rèn)它具有吸收光能量的功能。綜合這些線索，研究人員認(rèn)為蚜蟲或許也能進(jìn)行光合作用，直接從光線中獲取能量。但研究人員也承認(rèn)目前的新發(fā)現(xiàn)只是提出了一種可能，需要更多的研究來確認(rèn)蚜蟲究竟是否能進(jìn)行光合作用，如能確認(rèn)將是對光合作用所適用范圍的重要突破。