【光合作用的过程】光合作用——大自然中最普通常见的化学反应

看山上的野花，你会觉得大自然太奢侈了。美丽的东西越来越少了。因为稀缺性更珍贵。”.

在人们的印象中，重要的和美丽的东西往往是最不重要的。但不一定。光合作用获得了不少于10个诺贝尔奖，不仅被称为“地球上最重要的化学反应”，而且被称为“地球上最常见的化学反应”。

光合作用通常是指植物利用光能将二氧化碳和水转化为糖和淀粉等有机物质，同时释放氧气的过程。它是大自然原始生产的源动力。叶绿体和细胞质是光合作用的主要场所。植物的叶子是绿色的，因为它们含有叶绿体，所以有些人认为只有叶子才能进行光合作用。事实上，许多植物组织和器官都含有叶绿体，它是光合作用普遍存在的根本原因。除了绿色植物，细菌、藻类甚至动物都能进行光合作用。这篇文章将揭示这个古老化学反应的奥秘。

种子光合作用

很多人喜欢吃小扁豆，但你知道吗，像小扁豆这样的种子除了能传递遗传物质外，还能像叶子一样进行光合作用?密歇根州立大学的科学家们发现油菜和大豆种子可以进行显著的光合作用。研究人员发现，这些重要的酶在光照下的活性显著高于黑暗中，酶的激活促进了种子对二氧化碳的再吸收。他们的进一步研究还表明，种子光合作用的最大好处是它可以产生更多的脂肪酸。此外，种皮的明显阴影表明，即使在低光照下，种子的质量也会受到影响。种子光合作用除了能合成有机物和重新吸收二氧化碳外，还能显著增加种子含氧量，减轻缺氧症状。德国科学家发现，豌豆和大麦种子在发育早期可以利用弱光进行光合作用。当光线充足时，就会产生多余的氧气。

水果光合作用

没有成熟的番茄果实能吃吗？如果你不怕口感不佳，你可以试试。但在你下口之前，它可是一直在努力工作呢！它的工作之一是光合作用——吸收二氧化碳，制造美味的营养物质。最近，科学家们发现，如果番茄果实被阻止了光合作用，它不仅变得更小，而且含有更少的种子，这影响了植物的繁殖。在棉铃(棉花果实)的光合作用研究中也发现了类似的现象。

为了抑制棉铃的光合作用，研究人员首先遮蔽棉铃，然后计算铃数和种子重量等参数的差异。遮荫处理降低铃重24.1%，种子重35.9%，说明如果棉铃不进行光合作用，将严重影响棉花产量。番茄和棉铃的光合作用补充了叶片的光合作用，但目前还不清楚果实的光合作用对先开花后离开的植物有什么贡献，如榆树的翅果。然而，在对落叶松球果光合作用的研究中发现，幼果的小净光合速率对生殖早期(光合功能不完全)叶片的生长有重要影响。

东北林业大学的王文杰等人发现，薇甘菊几乎是绿色的，它的花、果、茎甚至根都可以进行光合作用。如果我们通常吃的土豆暴露在阳光下，由于光合作用，它们很快就会变绿。植物对资源的利用就是“一切”。

苞叶光合作用

玉米是最受欢迎的食物，但我们可能不知道它的美味也是由于最外层的苞片。玉米苞片不仅能在穗轴缠绕的过程中起到保护作用，而且由于苞片含有叶绿素，在发育早期还能自行进行光合作用。

一般来说，植物或植物器官只能有一种光合作用途径——C3、C4或CAM。澳大利亚国立大学的科学家在研究玉米苞片的光合特性后发现，苞片的光合能力较差，其光合途径与叶片不同。苞片具有C3植物的一些光合特性，但不完全是C4途径，表明玉米可能是光合途径早期分化的关键物种。C3和C4植物的起源和分化时间是目前困扰学术界的科学问题之一，因此具有两种光合途径的植物为阐明这一问题提供了机会。

高山冰缘植物大黄的苞片也进行光合作用。此外，它的苞片像一个小温室，被雄蕊包裹，以保护它免受寒冷天气的影响。苞片内外温差可达8 ~ 10℃。它还能隔离93%到98%的紫外线，这有助于它在极端寒冷的环境中繁殖。

树皮光合作用

叶子、种子和果实都有助于植物的生长和发育，树皮当然也同样重要。树皮对植物生长的重要性可以用一个例子来最好地说明。在澳大利亚达尔文大学的科学家们发现,当桉树树皮与铝箔涂层防止光合作用在树皮上,它增加耐水运输和一般的木材产量降低了11%(即森林具有大致相同的内部特征),这对林业生产是一个相当大的损失。

树皮的光合作用从树木的呼吸作用中重新吸收二氧化碳(吸收二氧化碳并将其转化为糖的过程)。二氧化碳重吸收率一般为40-100%，表明树皮光合作用可实现“零排放”，有助于减缓气候变化。我们知道，一些植物的柔嫩裸露的茎在严冬之后会变粗。事实上，这也与树皮的光合作用有关。树枝的光合作用不仅有助于植物“运动肌肉和骨骼”(运输营养物质和水分)，还能产生氧气，减少植物呼吸过程中过度使用氧气造成的损害。澳大利亚研究人员发现，人工去除树叶后，比没有树叶的树皮能吸收更多的二氧化碳。树皮似乎知道树叶是靠不住的，必须自己努力工作。

动物光合作用

动物的光合作用听起来很新奇，但如果你知道光合作用的起源，这可能并不奇怪。植物的叶绿体在进化的早期是独立的。世界上五彩缤纷的植物世界是由共生形成叶肉细胞的{某些原因。叶绿体是一个具有独立功能的结构单元，这一事实证实了这一点。除了叶绿素之外，叶绿体中还有类胡萝卜素可以传递电子。似乎还没有完全进化的蚜虫含有类胡萝卜素，因此它们可以利用类胡萝卜素进行光合＃电子传递，生成能量货币ATP，并进行不完全复制比如光合作用。事实证明，浅绿色的蚜虫有很多技能。

它的“肤色”不完全是为了模仿（接近环境的颜色），而是为自己提供能量。美国南佛罗里达州大学的生物学家发现，如果一个海蛞蝓吃足够的藻类，它可以“偷”合成叶绿体的基因并进行光合作用。科学家们将这种“半植物半动物”的海蛞蝓在水族馆里养了几个月，发现只要它们每天有12个小时的光照，它们就可以在没有食物的情况下生存。最重要的是，下一代海蛞蝓继承了这一特性，这表明海蛞蝓的叶绿体合成行为是可遗传的。有鉴于此，有些人认为，如果人体也能自动合成叶绿体，难道它就不必吃饭和工作吗？受蝾螈细胞和藻类共生关系的启发，一些人甚至想将藻类和人类DNA结合起来，使人类具有水生能力，就像哈利·波特那样，他在魔法小说中吃“鳃草”，不必在水中呼吸。人工光合作用

光合作用并不是自然界的专利。辛辛那提大学的科学家在南美泡泡蟾蜍的泡沫中使用人造RANSPAUMIN -2蛋白来模拟光合作用。在它们的反应体系中，二氧化碳在没有叶绿体或叶绿素参与的情况下稳定地转化为糖分子。而哈佛大学科学家诺塞拉发明了一种更简单实用的“人造叶片”，它只是一个简单的硅板，在水源和光的条件下产生氢气和氧气。根据诺塞拉的估计，一夸脱（约1.36升）的水可以让一个100瓦的灯泡日夜发光。

那么科学家们是如何做到这一点的呢？事实证明，人们已经掌握了光合作用的具体机制。从表面上看，光合作用只是一个将光能转化为化学能的过程。事实上，它包含许多反应步骤。一般来说，光合作用包括光反应和暗反应。光反应包括光能的吸收、传递、转化和光合磷酸化；暗反应主要包括卡尔文循环——稳定化学物质的积累。通过模拟每一步的光化学反应，人们基本上可以实现刚才提到的人工光合作用。人工光合作用具有高效、简单、稳定和可控的特点。例如，植物的光能利用率仅为1％左右，而人工模拟的化学能转换效率可高达96％；植物生物量的积累受天气影响，而人工光合系统可以昼夜工作。由于这些优点，人工光合模拟有望解决世界粮食和能源问题。2010年，美国能源部拨款数十亿美元支持人工光合作用的研究。

深入研究光合作用

光合作用本质上是从几种无机物中合成新的有机物质的过程，在绿色植物中最为常见。有趣的是，并不是所有的植物都能进行光合作用。例如，像烈当和迟暮这样的植物不能进行光合作用。这些植物像蘑菇一样是腐生的或寄生的。动物和人工光合作用是光合作用研究的向后延伸，科学家通常更关注光合作用的起源。人们对光合作用机理的认识也在逐渐加深，如单位长度Amy (1nm=10Amy)光系统结构分析;不同物种光合蛋白基因的转化及高效光合表达系统的尝试澳大利亚的陈敏博士等人发现了第五种叶绿素F，可以吸收红外光谱。最近，来自美国、韩国、德国、澳大利亚等国家的科学家完成了异常蓝藻的基因组测序，发现一种衣原体细菌通过内共生在光合作用的早期进化中发挥了重要作用。研究结果对理解光合作用的起源有一定的意义。

光合作用从何而来?你要去哪里?光合作用机理的详细分析一直是一个有待解决的科学问题。无论答案是什么，人们一致认为光合作用是重要的，而且是普世的。