什么是光合作用？

光合作用是一种生物化学过程，它是绿色植物和某些细菌利用叶绿素等光合色素，在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为储存着能量的有机物，并释放出氧气的过程。这个过程的关键参与者是内部的叶绿体，它们在阳光的作用下，把经由气孔进入叶子内部的二氧化碳和由根部吸收的水转变成为葡萄糖等物质，同时释放氧气。植物之所以被称为食物链的生产者，是因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量。通过食用，食物链的消费者可以吸收到植物及细菌所贮存的能量，效率为10%~20%左右。对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是它们赖以生存的关键，而地球上的碳氧循环，光合作用是必不可少的。

光合作用可以分为两个阶段：光反应和碳反应（旧称暗反应）。光反应只有在光照条件下进行，而只要在满足碳反应条件的情况下碳反应都可以进行。光反应阶段的特征是在光驱动下水分子氧化释放的电子通过类似于线粒体呼吸电子传递链那样的电子传递系统传递给，使它还原为。电子传递的另一结果是基质中质子被泵送到类囊体腔中，形成的跨膜质子梯度驱动磷酸化生成。暗反应阶段是利用光反应生成和进行碳的同化作用，使气体二氧化碳还原为糖。由于这阶段基本上不直接依赖于光，而只是依赖于和的提供，故称为暗反应阶段。

在暗反应阶段，二氧化碳首先通过一条特别的途径被固定，这条途径也被称为哈奇-斯莱克途径（Hatch-Slack途径），又称四碳二羧酸途径C4植物主要是那些生活在干旱热带地区的植物。在这种环境中，植物若长时间开放气孔吸收二氧化碳，会导致水分通过蒸腾作用过快的流失。所以，植物只能短时间开放气孔，二氧化碳的摄入量必然少。植物必须利用这少量的二氧化碳进行光合作用，合成自身生长所需的物质。在C4类植物叶片维管束的周围，有维管束鞘围绕，这些维管束鞘细胞含有叶绿体，但里面并无基粒或发育不良。在这里，主要进行卡尔文循环。其叶肉细胞中,含有独特的酶,即磷酸烯醇式丙酮酸碳羧化酶,使得二氧化碳先被一种三碳化合物--磷酸烯醇式丙酮酸同化,形成四碳化合物草酰乙酸,这也是该暗反应类型名称的由来。这草酰乙酸在转变为苹果酸盐后,进入维管束鞘,就会分解释放二氧化碳和一分子丙酮酸。二氧化碳进入卡尔文循环,后同C3进程。而丙酮酸则会被再次合成磷酸烯醇式丙酮酸,此过程消耗ATP。

光合作用的发现历程可以追溯到17世纪。当时，荷兰科学家VanHelmont进行柳树盆栽试验，得出植物的重量主要不是来自土壤而是来自水的推论。他没有认识到空气中的物质参与了有机物的形成。1771年，英国牧师、化学家J.Priestley进行密闭钟罩试验，有植物存在蜡烛不熄灭，老鼠不会窒息死亡。1779年，荷兰的英格豪斯证明:植物体只有绿叶才可以更新空气,并且在阳光照射下才成功。1804年，法国的索叙尔通过定量研究进一步证实:二氧化碳和水是植物生长的原料。1845年，德国科学家梅耶根据能量转化与守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来。1864年，德国的萨克斯发现光合作用产生淀粉。 1880年，美国的恩格尔曼发现叶绿体是进行光合作用的场所，氧是由叶绿体释放出来的。